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Cop 28, il solito convegno dell’ipocrisia scientifica mondiale come le ventisette COP precedenti.

Riassunto

Non scrivo questo articolo con scetticismo perché il prossimo vertice COP che si terrà a Dubai dal 30 novembre al 12 dicembre 2023, a causa del fatto che il presidente della conferenza è un petroliere (Dr. Sultan Al Jaber). Non ho nulla contro il petrolio come risorsa del pianeta, e non avrei nulla in contrario all’uso dei combustibili per produrre energia, se il livello scientifico e tecnologico dello stato dell’arte terrestre fosse in grado di neutralizzare tutti gli effetti collaterali che tale impiego produce nell’ambiente circostante (termici, chimici, biologici, acustici). Infatti, ho anche proposto un impiego alternativo della risorsa petrolio. Una delle mie invenzioni più importanti, che nessuno ha finanziato, si chiama “Welling artificiale”. Questa invenzione potrebbe almeno triplicare l’attuale produzione alimentare mondiale con bassissimi costi. Questa importante invenzione senza i derivati del petrolio non si potrà mai realizzare. Infatti, la produzione di pesce naturale, attualmente avviene attraverso il welling naturale che avviene solo nel 5% della superficie degli oceani che corrispondono alle zone costiere, dove le onde marine creano delle correnti che consentono ai carbonati depositati nei fondali di risalire in superficie producendo il fito plancton

che consente lo sviluppo dello zooplancton. Per realizzare il welling artificiale è necessario realizzare al largo degli oceani, lontano da terremoti e tsunami, isole artificiali dedite alla pesca e al turismo. Probabilmente con questa soluzione potremmo anche risolvere il problema dei migranti, dando loro la possibilità di trovare un lavoro e una casa. Le mie soluzioni su tale argomento sono descritte nei seguenti articoli e depositi di brevetti: 10.06.2016  ,  https://www.spawhe.eu/it/sistema-di-galleggiamento-con-tubi-in-polietilene-estrusi-nervati-rinforzati-e-riempiti-di-polistirolo/. https://www.spawhe.eu/it/impianto-galleggiante-idroelettrico-dissalatore-estrattore-di-calcio-e-carbonio-dalle-acque-marine-profonde/. Tuttavia, in questo articolo io non voglio parlare del welling artificiale, ma di argomenti più pratici e concreti, che riguardano la nostra vita quotidiana.   Nel 2023, tutti i cittadini del mondo, con un minimo di cultura scientifica e tecnologica, dovrebbero chiedersi, quali sono le ragioni per le quali, per esempio, un condizionatore di Aria a pompa di calore, oppure un’autovettura di piccola e media cilindrata, costano cosi poco, che quasi tutte le famiglie dei paesi più avanzati, possono usufruirne. La risposta è apparentemente semplice, ma anche ingannevole: costano poco perché sono prodotte in serie in moltissimi esemplari grazie all’automazione del lavoro industriale. La parte ingannevole sta nel fatto che i condizionatori di aria a pompa di calore scambiano il calore interno delle abitazioni con il calore esterno dell’ambiente, contribuendo al riscaldamento globale del pianeta. Questo avviene a causa del fatto che gli scambiatori di calore aria/aria producono una maggiore quantità di vapore e CO2 nell’atmosfera terrestre. Se i legislatori mondiali avessero preteso dei costruttori dei condizionatori di aria di utilizzare scambiatori di calore aria/acqua, i condizionatori di aria costerebbero ancora di meno perché lo scambio termico sarebbe più efficiente, ma gli utenti sarebbero stati costretti a realizzare altri impianti antropici per scambiare il calore con l’acqua che disperderebbe il calore nel sottosuolo. Quindi, i governi e per essi i legislatori, avrebbero dovuto imporre ai costruttori e ai proprietari di abitazione di realizzare pozzi geotermici se vogliono godere dell’aria condizionata, senza riscaldare il pianeta globalmente. Per quanto riguarda le autovetture che usano motori termici, la parte ingannevole è molto diversa, in quanto i cicli termici non si possono chiudere nel sottosuolo, essendo gli impianti mobili. Quindi, i consiglieri scientifici dei governi e legislatori, avrebbero dovuto spiegare che le auto con motori termici non sono compatibili con l’ambiente terrestre. Come poteva la scienza pubblica consigliare ai governi di cambiare la soluzione energetica sugli impianti mobili, se non lo ha fatto nemmeno per gli impianti che producono il caldo e il freddo negli impianti fissi? Chi governa, chi legifera e chi amministra la giustizia non può fare a meno del supporto scientifico e tecnologico della scienza pubblica che deve essere critica nei confronti dei costruttori di condizionatori, di autovetture, dei camion, trattori agricoli, navi, aerei e costruttori delle opere civili e abitazioni. Purtroppo, sembra che i supervisori scientifici pubblici non esistano e la società dei consumi sia costretta ad assorbire tutte le invenzioni commerciali che producono le multinazionali. Perché è cosi difficile imporre ai costruttori di autovetture e degli altri mezzi di trasporto e lavoro di utilizzare un altro sistema energetico, in quanto le autovetture e gli altri mezzi di trasporto non producono soltanto CO2 e vapore. Producono anche altre emissioni tossiche, come CO, NOx, SOx, ossidi di piombo, polveri sottili. Quindi, sarebbe stata necessaria, cambiare completamente la tecnologia utilizzata. In questo articolo mi sono permesso di inserire ampi riassunti di due articoli scritti da studiosi accademici che illustrano molto meglio del sottoscritto i problemi e il normale  funzionamento dell’ambiente ambiente terrestre, mentre io, come semplice progettista e installatore di impianti antropici industriali e ambientali mi sono occupato solo di proporre delle soluzioni fidandomi delle loro informazioni, come mi sono fidato delle informazioni fornite separatamente da famosi scienziati del passato. Io credo di aver fatto semplicemente il mio lavoro rispettando le loro informazioni, ma poiché nessuna delle mie quaranta invenzioni che ho proposto per risolvere il problema del riscaldamento globale è stata presa in considerazione, mi sono chiesto se ho interpretato bene le loro informazioni. Newton asseriva che quello quello che conosciamo è una goccia mentre quello che non conosciamo è un oceano. Io ritengo che dopo quattro secoli dal tempo in cui egli è vissuto, non sia necessario conoscere l’intero oceano ma soltanto imparare dagli errori che abbiamo commesso. Questi errori sono sotto gli occhi di tutti ma nessuno li vede, soprattutto la scienza che continua a cercare di migliorare impianti che non possono essere migliorati perché sono i principi energetici utilizzati che non sono compatibili con l’ambiente terrestre. Non è un caso che io scriva questo articolo in occasione della COP del 2023, esattamente cinquantatré anni dopo essere entrato nel mondo del lavoro reale, non accademico, prima industriale e poi ambientale. Non è un caso che gli ultimi diciotto anni li ho trascorsi come inventore di soluzioni scomode per tutti. La mia attività di inventore si è basata soprattutto nel modificare gli impianti antropici che ritengo sbagliati e le poche macchine strategiche che potrebbero cambiarli. Le macchine inventate sono poche ma con funzioni universali, mentre gli impianti da modificare sono quasi la totalità di quelli esistenti. Concludendo, la produzione di energia dev’essere concepita come una forza motrice interna al singolo sistema antropico che deve servire  a trasmettere all’esterno solo la forza fisica senza effetti collaterali termici,chimici, nucleari, elettrici, elettrostatici, che sono indesiderati dall’ambiente terrestre. Tuttavia, in casi particolari, possiamo sfruttare i principi elettromagnetici necessari per comunicare informazioni e per consentire di sommare insieme la spinta di Lorentz, che negli impianti mobili, deve affiancare quella di Newton per consentirci di viaggiare anche nell’atmosfera, negli impianti sottomarini e spaziali, ma usando come fonte energetica primaria soltanto l’aria atmosferica terrestre accumulata nelle autoclavi pressurizzate e l’acqua incomprimibile, sempre mantenuta allo stato liquido dell’ambiente terrestre. Sia l’acqua che l’aria, potranno  essere rinnovate all’infinito  anche nello spazio con la luce artificiale, la fotosintesi clorofilliana e il sistema di cattura delle polveri interstellari incorporato nei motori lineari globali, descritti negli articoli e nei depositi di brevetti della filastrocca di https://www,spawhe.eu, ancora incompresi dalla scienza e ovviamente, dalla classe dirigente mondiale che ha creato le guerre, il riscaldamento globale e l’iniqua distribuzione della ricchezza mondiale.

1. Quale strategia scientificamente giustificabile stanno usando i governi mondiali per combattere il riscaldamento globale dal protocollo di Kioto fino ad ora?

In questo grave contesto mondiale dell’ambiente, dell’energia, delle guerre in corso, soprattutto, in Ucraina e la striscia di Gaza, le COP, gestite dalle Nazioni Unite e i paesi partecipanti, assistono impotenti ai gravi disagi provocati alle vittime civili della mancanza di energia per scappare in altri paesi e difendersi dal freddo, mentre io come inventore indesiderato, mi chiedo se fossero state utili le mie invenzioni intellettuali sui mezzi di trasporto e il comfort domestico, che non richiederebbero combustibili, appresso riportate:

14.01.2017  https://www.spawhe.eu/it/auto-idroelettrica-con-coppia-motrice-periferica-alle-ruote/, 10.02.2017 , https://www.spawhe.eu/it/lenergia-fossile-che-inquina-costa-di-piu-dellenergia-pulita/,31.07.2017 , https://www.spawhe.eu/it/sistema-di-trasporto-aerospaziale-idroelettrico-pressurizzato-con-turboventilatori-e-iniezione-di-aria-compressa/,30.09.2017 https://www.spawhe.eu/it/la-rivoluzione-mondiale-dei-trasporti-indesiderata-dai-costruttori-dalla-scienza-dai-governi-e-da-altri/,29.12.2017 https://www.spawhe.eu/it/laria-compressa-e-molto-piu-potente-pratica-ed-economica-dellidrogeno/, 31.01.2020   https://www.spawhe.eu/it/autovetture-volanti-e-galleggianti-con-motori-lineari-globali-interattivi-spinte-di-newton-e-lorentz/, 31.01.2020 , https://www.spawhe.eu/it/sistema-di-trasporto-aerospaziale-e-sottomarino-con-motori-lineari-globali-interattivi-primari-e-indotti/, 29.07.2021 https://www.spawhe.eu/sistema-di-cattura-polveri-interstellari-e-impianti-ambientali-spaziali/, 14.09.2021 https://www.spawhe.eu/lequivoco-mondiale-del-moto-perpetuo-che-ha-condizionato-lo-sviluppo-terrestre-e-la-ricerca-spaziale/ , 13.11. 2021 https://www.spawhe.eu/i-g20-e-le-cop2627non-possono-comprendere-quello-che-la-scienza-non-ha-ancora-compreso/, 12.05.2023 https://www.spawhe.eu/container-volanti-per-il-salvataggio-dei-migranti-e-per-spegnere-gli-incendi-senza-luso-di-combustibili/.

Le autorità mondiali stanno accettando unanimemente le auto con accumulatori di energia che raddoppiano i costi delle auto, e costringono i comuni a dotarsi di una rete apposita per per la ricarica delle batterie, e incrementano ancora di più le emissioni di CO2 perché il rendimento di un accumulatore di energia per auto potrà essere al massimo dell’ottanta per cento. Quindi comporta un maggior consumo di energia fossile del 20% e maggiori emissioni di CO2 nell’ambiente globalmente, con l’illusoria sensazione di aver reso le città meno inquinate.

Come mai una persona intelligente come Helon Musk, che oltre a essere l’uomo più ricco del mondo è anche uno dei maggiori costruttori di auto elettriche non comprende un ragionamento così semplice? Come mai ha finto di voler dare un premio di 100 milioni di dollari a chi avesse catturato il CO2 dall’atmosfera? 01.02. 2021 https://www.spawhe.eu/it/2346-2/lettera-aperta-al-signor-elon-musk-che-ha-promesso-100-milioni-di-dollari-a-chi-riesce-a-catturare-il-co2-dallatmosfera/. Non si è saputo a chi ha dato questo premio, certamente non al sottoscritto che ha reso pubblica la sopra riportata lettera aperta, alla quale, logicamente, Elon Musck non ha risposto. Comunque volendo far finta che le auto elettriche servissero a qualcosa, resterebbero fuori da tale sistema i veicoli di maggiori dimensioni che fanno trasporti su grandi distanze, i trattori agricoli, e quelli che lavorano sui cantieri, i trasporti marini, aeronautici. Perfino quelli ferroviari, che sebbene siano alimentati con l’energia elettrica, senza accumulatori di energia, questa è prodotta dalle centrali termiche. Ma il problema è generale e riguarda tutte le attività umane, civili e industriali. Chi sono i consiglieri scientifici dei governi mondiali? Perché chi governa il mondo non ragiona con la propria testa come normali capi di famiglia? Il miglior guadagno è il risparmio e non ha niente a che vedere con la società dei consumi. Prima di fare qualsiasi investimento è necessario studiare attentamente sulla carta contemporaneamente i cicli di produzione e di depurazione. Ogni operazione deve essere fatta al posto giusto, al momento giusto e con la tecnologia aggiornata all’ultimo stato dell’arte. Se la tecnologia non è aggiornata per fare le operazioni al posto giusto al momento giusto è necessario fare gli aggiornamenti. Se la società dei consumi in cui viviamo non comprende o finge di non comprendere l’importanza degli aggiornamenti scientifici tecnologici e dell’organizzazione del lavoro, agli inventori non resta altro che sviluppare brevetti intellettuali anche se nessuno li finanzia, sperimenta e li realizza. Chi può permettersi di fare l’inventore in tali assurde condizioni di lavoro? Io credo di essere la risposta vivente a questa domanda perché nessuna delle mie quaranta invenzione è stata realizzata. Ma con un poco di fantasia le ho ipotizzate funzionanti nei vari contesti industriali e ambientali, accorgendomi dei difetti e migliorandole sempre virtualmente, fino a superare ampiamente lo stato dell’arte attuale con alcune invenzioni strategiche nei settori più importanti della prevenzione ambientale, della produzione dell’energia pulita, della produzione alimentare e della sanità pubblica, sfruttando i principi interattivi da sempre esistiti in natura, ovviamente potenziati localmente con invenzioni tecnologiche virtuali che devono essere sperimentate e messe a punto con adeguati finanziamenti, soprattutto pubblici e imparziali. E’ evidente che queste invenzioni non sono gradite agli attuali centri di potere che si arricchiscono producendo disastri ambientali si arricchiscono anche provvedendo alle ricostruzioni senza cambiare nulla di sostanziale a livello scientifico, tecnologico e della progettazione globale degli impianti antropici fissi e mobili. Quindi, La COP 28 eredita i problemi non risolti della COP 27 e che questa ha ereditato dalla COP 26 e via di seguito, lasciati in attesa di soluzioni dal protocollo di Kioto del 1997, firmato dai maggiori paesi mondiali, durante la COP 3, quando la concentrazione di CO2 nell’ambiente era ancora 370 ppm come si può leggere dalla curva di Keeling pubblicata su Wikipedia. Oggi la concentrazione di CO2 è oltre 420 ppm, mentre la scienza pubblica mondiale non ha risolto nemmeno il problema dei condizionatori di aria che almeno per gli impianti civili fissi si poteva risolvere con delle agevolazioni fiscali, visto che non c’era bisogno di nessuna nuova tecnologia. In questo contesto di ipocrisia mondiale, nessuno si è accorto, soprattutto, i consiglieri scientifici delle Nazioni Unite e dei Governi, che la tecnologia per cambiare l’intero sviluppo mondiale è a portata di mano in quanto non sono sotto accusa soltanto i condizionatori e i trasporti, ma tutti gli impianti antropici, che da produttori di energia sporca e costosa, avrebbero potuto essere trasformati in produttori di energia pulita gratuita, che addirittura proteggerebbe l’ambiente, semplicemente sfruttando i principi interattivi fisici, chimici, biologici, fluidodinamici esistenti da sempre nella natura terrestre. Questi principi furono individuati separatamente da Torricelli, Newton, Venturi, Pascal, Henry, Dalton, prima dell’invenzione dell’energia elettrica.

Con l’invenzione dell’energia elettrica e in particolare, dei motori elettrici e generatori di corrente, la potenzialità di questi principi può essere potenziata localmente incrementando, sia le capacità depurative che quelle della produzione dell’energia elettrica stessa, senza produrre nessuna forma di inquinamento, poiché l’energia elettrica usata dai motori elettrici e generatori di corrente, usata sui mezzi mobili di trasporto e di lavoro può e deve essere prodotta freddo sullo stesso mezzo di trasporto o di lavoro altrimenti si danneggiano i circuiti che producono le coppie motrici o le spinte lineari elettromagnetiche che si basano sottili fili di rame protetti con vernici isolanti avvolti in bobine che devono essere ben distanti dalle fonti di calore. Ovviamente, producendo a freddo l’energia elettrica, che sarebbe estratta direttamente dall’ambiente, oltre ad azzerare l’inquinamento, si risparmierebbero immense risorse economiche. Quindi, la fonte energetica primaria degli impianti mobili che fa muovere i magneti permanenti in un campo elettrico, non può essere nessuna delle attuali energie termiche, nucleari, solare, eolica, elettrolitica per semplicissime ragioni di ingombri e pesi dell’impiantistica necessaria a far muovere i magneti permanenti in un tempo più o meno infinito, senza pesanti serbatoi di combustibili, reattori nucleari, pannelli solari, pale eoliche, vasche idrolitiche. Quindi, la transizione ecologica di cui si parla a livello mondiale è una grossa bufala che sta facendo sprecare immense risorse economiche all’intero popolo mondiale per non ammettere che l’energia terrestre primaria è offerta gratis dalla natura stessa. Sono i governi attuali e le attuali multinazionali che vogliono continuare a farla pagare a tutto il popolo mondiale, soltanto perché nessun inventore del presente e del passato si è accorto dell’imbroglio. Io non so cosa succede negli altri paesi del mondo, ma quello che succede in Italia è semplicemente assurdo. Non parlo come inventore, ma come utente della fornitura di energia elettrica e del gas. Con il mercato libero dell’energia si sono moltiplicati i fornitori di energia elettrica e gas. Perfino le poste italiane vendono luce e gas. Tutti questi fornitori di energia per accaparrarsi i clienti fanno prezzi bassi e poi, improvvisamente, aumentano i prezzi, costringendo i clienti a cambiare fornitore ogni anno per cercare chi fa il prezzo migliore. Ai costi del gas bisogna aggiungere anche i costi annuali o biennali per le revisioni della caldaie. Tutto questo è ridicolo perché se estraessimo l’energia dall’ambiente con le invenzioni proposte dal sottoscritto, il gas non servirebbe e tutti gli utenti diventerebbero produttori della propria energia, perfettamente compatibile con l’ambiente senza dover pagare nessuna revisione di caldaia. Ovviamente, la stessa cosa varrebbe anche per la revisione dei mezzi di trasporto pubblici e privati se usassero lo stesso tipo di energia, almeno per quanto riguarda l’inquinamento ambientale.

2. Quali sono le ragioni per le quali i governi invece di incentivare le invenzioni di pubblica utilità sociale e ambientale le occultano?

Non è stato facile scoprire dove era nascosto il grandissimo imbroglio mondiale delle depurazioni inefficienti e dell’energia costosa e inquinante. Ancora più difficile è comprendere il silenzio che mi circonda, come se fossi un pazzo da ricoverare. Se non fossi entrato nei dettagli dell’organizzazione scientifica del lavoro ambientale per metterla allo stesso livello di quella del lavoro industriale, nemmeno il sottoscritto si sarebbe accorto delle incongruenze scientifiche e tecnologiche attuali. Infatti, oggi siamo in una situazione paradossale. Gli impianti industriali sono adeguati come capacità di produzione alle necessità mondiali, ma non sono adeguati per quanto riguarda la protezione dell’ambiente, mentre gli impianti ambientali ed energetici, non sono adeguati né per la qualità della protezione dell’ambiente, né per la capacità di produzione energetica.

Solo entrando nei dettagli dell’organizzazione scientifica del lavoro globalmente, sia dal punto di vista industriale che ambientale è possibile individuare gli errori. Non è stato un caso il fatto che il sottoscritto abbia iniziato l’attività di inventore da pensionato. Prima ho vissuto diciassette anni nella progettazione e organizzazione del lavoro industriale e successivamente ho vissuto per venti anni le esperienze di installatore di impianti ambientali ed energetici progettati e appaltati da enti pubblici, in Italia e in Tunisia. Per il sottoscritto, non è possibile progettare gli impianti antropici ambientali ed energetici terrestri senza seguire i cicli di lavoro ideali, passo dopo passo, scegliendo sempre la soluzione migliore, più semplice ed economica nota allo stato dell’arte. Nell’industria questo avviene regolarmente. Si studia accuratamente con quale ordine devono essere montati i componenti sulle linee di montaggio e perfino i movimenti che devono fare gli operai e i robot, che in alcuni casi, sostituiscono l’uomo. Mentre nel settore ambientale ed energetico sembra che tutto sia affidato al caso. I fumi si disperdono dalle ciminiere, le acque e i fanghi si miscelano e si acidificano a vicenda in lunghissimi e tortuosi percorsi fognari, senza che la scienza pubblica e i gestori degli impianti accolgano le critiche e i suggerimenti di persone come il sottoscritto, che propongono innovazioni disinteressatamente. Quando ho proposto soluzioni di risparmio idrico, di modificare le ciminiere, le fognature, i depuratori per seguire passo dopo passo i cicli di trasformazione di tutti gli elementi coinvolti nei processi fognari, per impedire l’acidificazione dall’acqua e dei fanghi nessuno ha preso in considerazione le mie invenzioni, non solo in Italia, ma anche all’estero, quando ho tradotto le pubblicazioni in inglese e realizzato un apposito sito web https://WWW. SPAWHE.eu. Praticamente, per l’attuale scienza pubblica mondiale non è possibile progettare gli impianti antropici globalmente, realizzando cicli depurativi comuni tra acqua e aria.

Eppure, la mia scelta di realizzare cicli comuni tra acqua e aria nelle fognature e nei depuratori verticali con stagni biologici sovrapposti mai realizzati sul pianeta terra, negli anni successivi è risultata vincente, perché mi ha consentito di sollevare le acque degli stagni sovrapposti estraendo l’energia dall’ambiente dall’ambiente e quindi, di abbattere anche i costi delle depurazioni. Ovviamente, le acque sollevate depurate, avrebbero potuto produrre gratis le piogge artificiali che io avevo proposto nelle serre calcaree per produrre carbonati nelle stesse acque depurate per andare a combattere l’acidificazione dei fiumi, laghi e mari, consumando il CO2 che in precedenza era stato catturato insieme ai fumi da apposite ciminiere modificate, dotate all’estremità superiore di una camera di espansione contenente dei filtri elettrostatici che avrebbero abbattute tutte le polveri più o meno sottili. Sia le ciminiere modificate, che i fabbricati verticali con stagni biologici sovrapposti sono dei brevetti internazionali non finanziarti da nessun ente pubblico mondiale.

Gli enti pubblici italiani e mondiali che parlano di transizione ecologia, basata sull’energia nucleare di nuova generazione e di idrogeno trasformato in combustibile, stanno dimostrando che ancora non hanno compreso che la vera transizione ecologica è quella che scaturisce dallo studio del potenziamento dei principi interattivi terrestri alla temperatura dell’ambiente terrestre. Se questi enti pubblici invece di studiare energie che non appartengono alla natura terrestre avessero studiato i modi più semplici ed economici per pulire l’energia fossile sporcata con l’uso dei combustibili, come ha fatto il sottoscritto, prima o poi, come come è avvenuto al sottoscritto si sarebbero accorti che è più semplice ed economico estrarre l’energia pulita direttamente dall’ambiente, perché la natura aveva già fatto tutte le predisposizioni affinché la potessimo estrarre senza costi in ogni angolo della terra proprio sfruttando i principi interattivi terrestri. Ovviamente, questo il sottoscritto lo può dire con il senno di poi, perché prima mi sono cimentato con il risparmio idrico domestico e il dosaggio automatico negli scarichi dei wc di ossido di calcio e cloruro ferrico per prevenire la formazione di idrogeno solforato nelle fogne e anticipare la depurazione dei fosfati prodotti da detergenti. Mi sono cimentato anche nella modifica delle ciminiera per catturare i fumi con filtri elettrostatici prima che vadano nell’atmosfera, nella modifica delle fognature mediante l’inserimento di sedimentatori dotati di ossidazione superficiale e piogge calcaree, poi mi sono cimentato nella progettazione di fabbricati sinergici verticali (FSV), con produzione sovrapposte di ortaggi, cereali, etc, affiancate da stagni biologici sovrapposti. Questi fabbricati sarebbero serviti a usare il CO2 come concime carbonico e gli stagni biologici come depuratori che salendo verso l’alto produrrebbero acqua sempre più pulita, che discendendo verso il basso attraverso delle serre calcaree consumerebbero altro CO2 producendo acque alcaline. Le pompe, i motori, i ventilatori, i compressori i diffusori di aria che utilizzerei nei miei impianti, mai realizzati sul pianeta Terra, sarebbero soggetti, ugualmente all’usura dei materiali, ma in maniera inferiore a quella che consumano negli impianti attuali, poiché lavorerebbero sempre alle temperature ordinarie dell’ambiente terrestre, senza gli shock termici, dovuti all’energia termica e ancora di più a quella nucleare.

Tuttavia, per affrontare i problemi ambientali seriamente, oltre a riparare i danni prodotti, e necessario entrare nelle soluzioni ambientali ed energetiche e mettere subito al bando le energie che producono CO2 ma anche il vapore. Quindi, dobbiamo escludere dal pianeta Terra, sia energia fossile che quella nucleare. Estraggo da un mio recente articolo (https://www.spawhe.eu/parliamo-delle-responsabilita-delle-alluvioni-e-di-altre-responsabilita-ancora-piu-gravi/)il seguente paragrafo. Non uso parole mie, ma un articolo estratto dalla seguente pagina di internet: https://skepticalscience.com/translation.php?a=19&l=17

Il vapore acqueo è tra i gas serra quello predominante. Il flusso radiante del vapore acqueo causato dalla sua caratteristica di gas serra è circo 75 W/m2 mentre la CO2 apporta un contributo di 32 W/m2 (Kiehl 1997). Questa proporzione è confermata dalle misure della radiazione infrarossa di ritorno verso la superficie terrestre (Evans 2006). Il vapore acqueo è anche quello che da il contributo prevalente  come feedback positivo  nei confronti del sistema climatico terrestre ed è anche la causa principale del perché la temperatura risente così tanto delle modificazioni della concentrazione di CO2. A differenza di altri elementi esterni come la CO2 che possono essere aggiunti nell’atmosfera, il livello del vapore acqueo è funzione della temperatura dell’aria. Il vapore acqueo viene trasportato in atmosfera attraverso il processo di evaporazione, la cui entità dipende dalla temperatura degli oceani e dell’aria, essendo governata dalla formula di Clausius-Clapeyron. Se una quantità eccedente di acqua viene introdotta in atmosfera questa condensa  e ritorna in basso come pioggia o neve entro una settimana o due. Analogamente se una certa quantità di umidità viene prelevata dall’atmosfera, la evaporazione provvederà a ripristinare il “livello normale”in breve tempo. Il vapore acqueo, essendo direttamente legato alla temperatura, è anche un fattore di feedback positivo ed è in pratica il fattore di feedback positivo principale  del sistema climatico (Soden 2005). Con l’aumento della temperatura la evaporazione cresce ed una maggior quantità di vapore acqueo si accumula nella atmosfera. In qualità di gas serra il vapore acqueo assorbe calore e riscalda l’aria che a sua volta favorisce altra evaporazione. Quando la CO2 viene aggiunta in atmosfera , essendo a sua volta un gas serra ha un effetto riscaldante, e quindi fa si che altra acqua evapori e riscaldi l’aria portandosi ad una soglia stabile più alta. Il riscaldamento dovuto alla CO2 pertanto ha un effetto di amplificazione. Qual è l’entità di questa amplificazione? Senza altri feedback, un raddoppio della concentrazione di CO2 provocherebbe un aumento della temperatura del pianeta di circa 1°C. Il feedback del vapore acqueo per parte sua causa circa il raddoppio del riscaldamento dovuto alla CO2. Quando vi si comprendano gli altri feedback (per es. la riduzione dell’albedo dovuta allo scioglimento dei ghiacci) il riscaldamento complessivo a seguito di un raddoppio della CO2 è attorno a 3°C (Held 2000). L’effetto di amplificazione del vapore acqueo è stato osservato sotto forma di raffreddamento globale a seguito della eruzione del Monte Pinatubo (Soden 2001). Il raffreddamento fece sì che l’atmosfera diventasse più secca ed a sua volta venne amplificata la diminuzione di temperatura. La citata risposta climatica di circa 3°C è anche confermata da numerosi studi sperimentali che hanno preso in esame come il Clima ha risposto a diversi forcings presentatisi in passato (Knutti & Hegerl 2008).
I satelliti hanno rilevato un aumento del vapore acqueo atmosferico di circa  0.41 kg/m² per decennio dal 1988. Una evidenza ed una attribuzione nota come “impronta digitale”, che è stata usata per identificare la causa dell’aumento dei livelli di vapore acqueo in atmosfera (Santer 2007). Impronta digitale perchè presuppone l’adozione di test statistici rigorosi per ricercare le possibili spiegazioni del cambiamento di talune proprietà del sistema climatico. I risultati di 22 differenti modelli climatici (virtualmente i maggiori modelli climatici mondiali) sono stati messi assieme ed hanno trovato che il recente aumento di vapore acqueo sull’intero ambiente oceanico del pianeta non è dovuto a forcing solare o ad un graduale recupero seguito alla eruzione del M.Pinatubo del 1991. La causa primaria della “umidificazione dell’atmosfera” è stata identificata con l’aumento della CO2 prodotta dai combustibili fossili. Sia la teoria che le osservazioni sperimentali ed i modelli climatici nel loro insieme mostrano che l’aumento del vapore acqueo è attorno al 6-7.5% per grado Celsius di riscaldamento nella atmosfera più bassa. I cambiamenti osservati di temperatura, umidità e circolazione atmosferica si combinano in maniera fisicamente coerente. Quando gli scettici citano il vapore acqueo dicendo che è il gas serra prevalente, in realtà fanno riferimento allo stesso feedback positivo che rende il Clima della Terra così sensibile anche alla CO2, e pertanto non fanno altro che confermare l’evidenza della origine antropica del riscaldamento globale.

3. La compatibilità tra l’idroelettromagnetismo compresso, il circuito elettrico globale terrestre e dell’universo.

Oltre all’articolo che parla della pericolosità del vapore, sopra riportato, mi permetto di inserire in questo articolo un ampio riassunto del seguente interessante lavoro dell’Università di Bologna a supporto delle ragioni per le quali ho dedicato la mia vita di pensionato a cercare di estrarre l’energia dall’ambiente senza interferire con i processi naturali terrestri, come invece, fanno le attuali energie fossili e nucleari che producono CO2, ossidi di combustione e immense quantità di vapore. Ma sono contrario anche all’attuale trasporto in alta tensione dell’energia elettrica in quanto non può non interferire con la struttura elettrica delle nubi tempolaresche insieme al CO2, gli ossidi di combustione, il vapore, le attuali cattive depurazioni che non chiudono tutti i cicli che aprono negli impianti antropici. Pertanto sono contrario anche alle attuali rinnovabili che necessitano di trasportare l’energia a distanza poiché anche il solo trasporto dell’energia, ha notevoli costi economici e interferisce con il circuito elettrico globale terrestre. Il quale, per il sottoscritto avebbe dovuto essere conservato nelle condizioni dell’era preindustriale, in quanto, come si può comprendere da questo articolo tutte le alterazioni del circuito elettrico globale hanno prodotto gli attuali cambiamenti climatici. Le soluzioni proposte dal sottoscritto in ordine cronologico in quaranta depositi di brevetti, di cui sei depositati a livello internazionali e circa 110 articoli pubblicati nel mio sito web (https://www.spawhe.eu) avrebbero consentito gradualmente la pulizia dell’energia fossile e successivamente l’estrazione dell’energia primaria pulita direttamente dall’ambiente, in impianti fissi e mobili, i quali avebbeo trasmesso all’esterno sotanto la forza fisica ed elettromagnetica per lavorare e spostarsi nello spazio, senza produrre CO2, ossidi di combustione, vapore, radioattività. Spero che gli autori che hanno scritto l’articolo appresso riportato condividano il mio lavoro di invetore, come io condivido il lavoro di ricerca che hanno svolto.

Alma Mater Studiorum Università di Bologna

Corso di Laurea in Fisica dell’Atmosfera e meteorologia

Struttura elettrica delle nubi temporalesche

Relatore: Prof. Vincenzo Levizzani

Correlatore: Dott. Stefano Dietrich

Presentata da: Francesco Barbano Anno Accademico 2012/2013

Capitolo 1. Background storico: l’elettricità in atmosfera

Lo studio e la comprensione dei fenomeni elettrici è oggetto abbastanza recente della storia dell’umanità, seppure manifestazioni elettriche naturali siano osservabili sulla Terra da prima della nascita dell’homo sapiens. Infatti, secondo la letteratura, fu William Gilbert (1540-1603), sico, prestante servizio presso la regina Elisabetta I, il primo ad osservare fenomeni elettrici in maniera scientica [1]. Gilbert capì che solo certe classi di materiali potevano eettivamente interagire con i campi elettrici, segnando così la distinzione tra materiali isolanti e conduttori. Lo studio di ciò che oggi viene chiamata elettrostatica ebbe un notevole sviluppo a cavallo tra diciassettesimo e diciottesimo secolo, grazie allo sviluppo di nuove tecnologie e strumentazioni, quali ad esempio la bottiglia di Leyden, e alla nascita delle prime accademie scientiche: la Royal Society a Londra e l’Académie des Sciences a Parigi. Una delle pietre miliari nella comprensione dei fenomeni elettrici atmosferici la pose Benjamin Franklin (1706-1790) il quale ipotizzo che i fulmini fossero scariche elettriche che trasportano cariche presenti in nube (la qual teoria fu poi vericata sperimentalmente da Thomas-Francois d’Alibard (1703-1799) nel 1752). In questo stesso periodo iniziarono le prime osservazioni riguardanti i temporali e la loro struttura elettrica. Nel 1753, JohnCanton (1718-1772) scoprì che in atmosfera l’elettricità è presente anche in condizioni di fair-weather. Verso la fine del ‘700 una serie di misurazioni da parte di John Read (1726-1814) permisero le prime stime di quanticazione dell’elettricità atmosferica. Fu in questo periodo che esperimenti di laboratorio iniziarono a mostrare la possibilità di avere cariche in movimento. Charles-Augustin Coulomb (1736-1806) notò che la carica di un oggetto viene dissipata a contatto con l’aria tanto più rapidamente quanto più è umida l’aria stessa: Così, seppur come corollario alla legge di repulsione elettrostatica alla quale stava lavorando, Coulomb scoprì la conduttività elettrica dell’aria, anche se la spiegazione relativa a questa proprietà arrivò solo un secolo più tardi con la scoperta dell’elettrone. Si dovette perciò attendere la fine del diciannovesimo secolo perché lo studio dell’elettricità atmosferica divenisse più sistematico, grazie alle scoperte e alle intuizioni in campo elettromagnetico da parte di Faraday e Maxwell, e all’avvento di nuovi apparati sperimentali. Risalgono al questo periodo infatti le misurazioni del campo elettrico atmosferico (anche conosciuto come Potential Gradient, PG) e le prime teorizzazioni del campo elettrico di nube. Grazie a questi nuove scoperte Lord Kelvin (1824-1907) fu in grado di concludere che l’elettricazione è una proprietà dell’atmosfera in condizioni di fairweather, confermando così i primi approcci all’argomento avanzati da Coulomb. Il successivo avvento dei palloni sonda, accompagnato dalle scoperte di Thomson e Rutherford circa elettroni e ionizzazione, diede un nuovo input alla ricerca. Fu in questo periodo che venne formulato il concetto di mobilità ionica, denita come la velocità di uno ione posto all’interno di un campo elettrico. Parallelamente agli studi dei due fisici, un gruppo di quattro scienziati, Ebert, Gerdien, Elser e Geitel, sviluppò strumentazioni per la misura in situ; equipaggiando i palloni sonda con questi nuovi strumenti fu possibile misurare la conduttività lungo la verticale dell’atmosfera, raccogliendo dati direttamente in loco. Così facendo vennero misurati, con risultati molto più precisi che in passato, PG e conduttività dell’aria fino ad altezze di 9 km; ciò permise di determinare grandezze come la corrente di conduzione totale, che in troposfera è sostanzialmente indipendente dalla quota. Analogamente furono condotte misurazioni in situ del campo elettrico di nube che permise di avere i primi dati sperimentali sulla struttura elettrica della nube stessa. Con l’avvento della fisica moderna, lo studio dell’elettricità atmosferica entrò in una nuova fase. Nei primi anni del ventesimo secolo fu formulata la teoria del circuito elettrico globale che servì da collante a tutte le precedenti misurazioni atmosferiche. In questo modo si è potuto dare un background sul quale andare a riportare le misurazioni fatte con tecniche che ancora oggi sono in fase di sosticazione. Alle già citate misurazioni in situ e tramite i palloni sonda infatti va aggiunta tutta la branchia relativa al remote sensing, ottimizzata con l’avvento dei satelliti. Sfruttando le nuove tecnologia si è così potuto avere un quadro generale molto accurato per quanto riguarda elettricità in cielo sereno e in nube. Ad oggi la teoria del circuito globale è alla base dello studio dell’elettricità atmosferica.

Capitolo 2. Circuito elettrico globale

2.2 sorgenti di cariche elettriche atmosferiche e ioni

Evidenze sperimentali hanno dimostrato la presenza in atmosfera di cariche di ambo

i segni. In generale esistono due meccanismi ritenuti predominanti nella produzione di

queste cariche, ed entrambi concernono la ionizzazione di molecole neutre.

2.2.1 Radiazione emessa dalla superficie terrestre,

La crosta terrestre contiene una gran quantità di isotopi radiativi che emettono particelle subatomiche cariche dotate di grandi energie (particelle alpha e beta in primis) e radiazione ionizzante (raggi gamma). Energie tipiche di queste particelle sono dell’ordine del MeV . Entrambe le particelle alpha e beta hanno un libero camino medio molto limitato nella bassa troposfera e quindi contribuiscono in maniera alquanto limitata al caricamento atmosferico. Infatti sono soprattutto i raggi gamma a ionizzare le molecole troposferiche neutre in ioni positivi ed elettroni liberi. Mentre i primi sono grossi e hanno scarsa mobilità, gli elettroni liberi possiedono una notevole mobilità, per cui si attaccano rapidamente alle particelle con cui interagiscono, solitamente aerosol in quanto elettrochimicamente reattivi, caricandole. Questo processo porta, in generale, alla formazione di cluster di particelle di aerosol, i quali a loro volta saranno avvantaggiati nella formazione di gocce di nube, rispetto ai particolati ultrafini anch’essi presenti in atmosfera. Grazie alla presenza di una carica non neutra sulle particelle, verranno a formarsi molti più nuclei di condensazione di quanto non si avrebbe in assenza dei processi di ionizzazione. Oltretutto il vapore presente in atmosfera sarà maggiormente portato ad attaccarsidi cluster di particelle di aerosol, i quali a loro volta saranno avvantaggiati nella formazione di gocce di nube, rispetto ai particolati ultrafini anch’essi presenti in atmosfera. Grazie alla presenza di una carica non neutra sulle particelle, verranno a formarsi molti più nuclei di condensazione di quanto non si avrebbe in assenza dei processi di ionizzazione. Oltretutto il vapore presente in atmosfera sarà maggiormente portato ad attaccarsi ad un substrato aerosolico carico piuttosto che neutro, facendo calare la soglia minima di attivazione dei nuclei di condensazione stessi, come mostrato in figura 2.1. Questo processo ha delle implicazioni climatiche molto importanti e che sono tutt’oggi di grande interesse scientifico.

Riassunto

Non scrivo questo articolo con scetticismo perché il prossimo vertice COP che si terrà a Dubai dal 30 novembre al 12 dicembre 2023, a causa del fatto che il presidente della conferenza è un petroliere (Dr. Sultan Al Jaber). Non ho nulla contro il petrolio come risorsa del pianeta, e non avrei nulla in contrario all’uso dei combustibili per produrre energia, se il livello scientifico e tecnologico dello stato dell’arte terrestre fosse in grado di neutralizzare tutti gli effetti collaterali che tale impiego produce nell’ambiente circostante (termici, chimici, biologici, acustici). Infatti, ho anche proposto un impiego alternativo della risorsa petrolio. Una delle mie invenzioni più importanti, che nessuno ha finanziato, si chiama “Welling artificiale”. Questa invenzione potrebbe almeno triplicare l’attuale produzione alimentare mondiale con bassissimi costi. Questa importante invenzione senza i derivati del petrolio non si potrà mai realizzare. Infatti, la produzione di pesce naturale, attualmente avviene attraverso il welling naturale che avviene solo nel 5% della superficie degli oceani che corrispondono alle zone costiere, dove le onde marine creano delle correnti che consentono ai carbonati depositati nei fondali di risalire in superficie producendo il fito plancton

che consente lo sviluppo dello zooplancton. Per realizzare il welling artificiale è necessario realizzare al largo degli oceani, lontano da terremoti e tsunami, isole artificiali dedite alla pesca e al turismo. Probabilmente con questa soluzione potremmo anche risolvere il problema dei migranti, dando loro la possibilità di trovare un lavoro e una casa. Le mie soluzioni su tale argomento sono descritte nei seguenti articoli e depositi di brevetti: 10.06.2016  ,  https://www.spawhe.eu/it/sistema-di-galleggiamento-con-tubi-in-polietilene-estrusi-nervati-rinforzati-e-riempiti-di-polistirolo/. https://www.spawhe.eu/it/impianto-galleggiante-idroelettrico-dissalatore-estrattore-di-calcio-e-carbonio-dalle-acque-marine-profonde/. Tuttavia, in questo articolo io non voglio parlare del welling artificiale, ma di argomenti più pratici e concreti, che riguardano la nostra vita quotidiana.   Nel 2023, tutti i cittadini del mondo, con un minimo di cultura scientifica e tecnologica, dovrebbero chiedersi, quali sono le ragioni per le quali, per esempio, un condizionatore di Aria a pompa di calore, oppure un’autovettura di piccola e media cilindrata, costano cosi poco, che quasi tutte le famiglie dei paesi più avanzati, possono usufruirne. La risposta è apparentemente semplice, ma anche ingannevole: costano poco perché sono prodotte in serie in moltissimi esemplari grazie all’automazione del lavoro industriale. La parte ingannevole sta nel fatto che i condizionatori di aria a pompa di calore scambiano il calore interno delle abitazioni con il calore esterno dell’ambiente, contribuendo al riscaldamento globale del pianeta. Questo avviene a causa del fatto che gli scambiatori di calore aria/aria producono una maggiore quantità di vapore e CO2 nell’atmosfera terrestre. Se i legislatori mondiali avessero preteso dei costruttori dei condizionatori di aria di utilizzare scambiatori di calore aria/acqua, i condizionatori di aria costerebbero ancora di meno perché lo scambio termico sarebbe più efficiente, ma gli utenti sarebbero stati costretti a realizzare altri impianti antropici per scambiare il calore con l’acqua che disperderebbe il calore nel sottosuolo. Quindi, i governi e per essi i legislatori, avrebbero dovuto imporre ai costruttori e ai proprietari di abitazione di realizzare pozzi geotermici se vogliono godere dell’aria condizionata, senza riscaldare il pianeta globalmente. Per quanto riguarda le autovetture che usano motori termici, la parte ingannevole è molto diversa, in quanto i cicli termici non si possono chiudere nel sottosuolo, essendo gli impianti mobili. Quindi, i consiglieri scientifici dei governi e legislatori, avrebbero dovuto spiegare che le auto con motori termici non sono compatibili con l’ambiente terrestre. Come poteva la scienza pubblica consigliare ai governi di cambiare la soluzione energetica sugli impianti mobili, se non lo ha fatto nemmeno per gli impianti che producono il caldo e il freddo negli impianti fissi? Chi governa, chi legifera e chi amministra la giustizia non può fare a meno del supporto scientifico e tecnologico della scienza pubblica che deve essere critica nei confronti dei costruttori di condizionatori, di autovetture, dei camion, trattori agricoli, navi, aerei e costruttori delle opere civili e abitazioni. Purtroppo, sembra che i supervisori scientifici pubblici non esistano e la società dei consumi sia costretta ad assorbire tutte le invenzioni commerciali che producono le multinazionali. Perché è cosi difficile imporre ai costruttori di autovetture e degli altri mezzi di trasporto e lavoro di utilizzare un altro sistema energetico, in quanto le autovetture e gli altri mezzi di trasporto non producono soltanto CO2 e vapore. Producono anche altre emissioni tossiche, come CO, NOx, SOx, ossidi di piombo, polveri sottili. Quindi, sarebbe stata necessaria, cambiare completamente la tecnologia utilizzata. In questo articolo mi sono permesso di inserire ampi riassunti di due articoli scritti da studiosi accademici che illustrano molto meglio del sottoscritto i problemi e il normale  funzionamento dell’ambiente ambiente terrestre, mentre io, come semplice progettista e installatore di impianti antropici industriali e ambientali mi sono occupato solo di proporre delle soluzioni fidandomi delle loro informazioni, come mi sono fidato delle informazioni fornite separatamente da famosi scienziati del passato. Io credo di aver fatto semplicemente il mio lavoro rispettando le loro informazioni, ma poiché nessuna delle mie quaranta invenzioni che ho proposto per risolvere il problema del riscaldamento globale è stata presa in considerazione, mi sono chiesto se ho interpretato bene le loro informazioni. Newton asseriva che quello quello che conosciamo è una goccia mentre quello che non conosciamo è un oceano. Io ritengo che dopo quattro secoli dal tempo in cui egli è vissuto, non sia necessario conoscere l’intero oceano ma soltanto imparare dagli errori che abbiamo commesso. Questi errori sono sotto gli occhi di tutti ma nessuno li vede, soprattutto la scienza che continua a cercare di migliorare impianti che non possono essere migliorati perché sono i principi energetici utilizzati che non sono compatibili con l’ambiente terrestre. Non è un caso che io scriva questo articolo in occasione della COP del 2023, esattamente cinquantatré anni dopo essere entrato nel mondo del lavoro reale, non accademico, prima industriale e poi ambientale. Non è un caso che gli ultimi diciotto anni li ho trascorsi come inventore di soluzioni scomode per tutti. La mia attività di inventore si è basata soprattutto nel modificare gli impianti antropici che ritengo sbagliati e le poche macchine strategiche che potrebbero cambiarli. Le macchine inventate sono poche ma con funzioni universali, mentre gli impianti da modificare sono quasi la totalità di quelli esistenti. Concludendo, la produzione di energia dev’essere concepita come una forza motrice interna al singolo sistema antropico che deve servire  a trasmettere all’esterno solo la forza fisica senza effetti collaterali termici,chimici, nucleari, elettrici, elettrostatici, che sono indesiderati dall’ambiente terrestre. Tuttavia, in casi particolari, possiamo sfruttare i principi elettromagnetici necessari per comunicare informazioni e per consentire di sommare insieme la spinta di Lorentz, che negli impianti mobili, deve affiancare quella di Newton per consentirci di viaggiare anche nell’atmosfera, negli impianti sottomarini e spaziali, ma usando come fonte energetica primaria soltanto l’aria atmosferica terrestre accumulata nelle autoclavi pressurizzate e l’acqua incomprimibile, sempre mantenuta allo stato liquido dell’ambiente terrestre. Sia l’acqua che l’aria, potranno  essere rinnovate all’infinito  anche nello spazio con la luce artificiale, la fotosintesi clorofilliana e il sistema di cattura delle polveri interstellari incorporato nei motori lineari globali, descritti negli articoli e nei depositi di brevetti della filastrocca di https://www,spawhe.eu, ancora incompresi dalla scienza e ovviamente, dalla classe dirigente mondiale che ha creato le guerre, il riscaldamento globale e l’iniqua distribuzione della ricchezza mondiale.

1. Quale strategia scientificamente giustificabile stanno usando i governi mondiali per combattere il riscaldamento globale dal protocollo di Kioto fino ad ora?

In questo grave contesto mondiale dell’ambiente, dell’energia, delle guerre in corso, soprattutto, in Ucraina e la striscia di Gaza, le COP, gestite dalle Nazioni Unite e i paesi partecipanti, assistono impotenti ai gravi disagi provocati alle vittime civili della mancanza di energia per scappare in altri paesi e difendersi dal freddo, mentre io come inventore indesiderato, mi chiedo se fossero state utili le mie invenzioni intellettuali sui mezzi di trasporto e il comfort domestico, che non richiederebbero combustibili, appresso riportate:

14.01.2017  https://www.spawhe.eu/it/auto-idroelettrica-con-coppia-motrice-periferica-alle-ruote/, 10.02.2017 , https://www.spawhe.eu/it/lenergia-fossile-che-inquina-costa-di-piu-dellenergia-pulita/,31.07.2017 , https://www.spawhe.eu/it/sistema-di-trasporto-aerospaziale-idroelettrico-pressurizzato-con-turboventilatori-e-iniezione-di-aria-compressa/,30.09.2017 https://www.spawhe.eu/it/la-rivoluzione-mondiale-dei-trasporti-indesiderata-dai-costruttori-dalla-scienza-dai-governi-e-da-altri/,29.12.2017 https://www.spawhe.eu/it/laria-compressa-e-molto-piu-potente-pratica-ed-economica-dellidrogeno/, 31.01.2020   https://www.spawhe.eu/it/autovetture-volanti-e-galleggianti-con-motori-lineari-globali-interattivi-spinte-di-newton-e-lorentz/, 31.01.2020 , https://www.spawhe.eu/it/sistema-di-trasporto-aerospaziale-e-sottomarino-con-motori-lineari-globali-interattivi-primari-e-indotti/, 29.07.2021 https://www.spawhe.eu/sistema-di-cattura-polveri-interstellari-e-impianti-ambientali-spaziali/, 14.09.2021 https://www.spawhe.eu/lequivoco-mondiale-del-moto-perpetuo-che-ha-condizionato-lo-sviluppo-terrestre-e-la-ricerca-spaziale/ , 13.11. 2021 https://www.spawhe.eu/i-g20-e-le-cop2627non-possono-comprendere-quello-che-la-scienza-non-ha-ancora-compreso/, 12.05.2023 https://www.spawhe.eu/container-volanti-per-il-salvataggio-dei-migranti-e-per-spegnere-gli-incendi-senza-luso-di-combustibili/.

Le autorità mondiali stanno accettando unanimemente le auto con accumulatori di energia che raddoppiano i costi delle auto, e costringono i comuni a dotarsi di una rete apposita per per la ricarica delle batterie, e incrementano ancora di più le emissioni di CO2 perché il rendimento di un accumulatore di energia per auto potrà essere al massimo dell’ottanta per cento. Quindi comporta un maggior consumo di energia fossile del 20% e maggiori emissioni di CO2 nell’ambiente globalmente, con l’illusoria sensazione di aver reso le città meno inquinate.

Come mai una persona intelligente come Helon Musk, che oltre a essere l’uomo più ricco del mondo è anche uno dei maggiori costruttori di auto elettriche non comprende un ragionamento così semplice? Come mai ha finto di voler dare un premio di 100 milioni di dollari a chi avesse catturato il CO2 dall’atmosfera? 01.02. 2021 https://www.spawhe.eu/it/2346-2/lettera-aperta-al-signor-elon-musk-che-ha-promesso-100-milioni-di-dollari-a-chi-riesce-a-catturare-il-co2-dallatmosfera/. Non si è saputo a chi ha dato questo premio, certamente non al sottoscritto che ha reso pubblica la sopra riportata lettera aperta, alla quale, logicamente, Elon Musck non ha risposto. Comunque volendo far finta che le auto elettriche servissero a qualcosa, resterebbero fuori da tale sistema i veicoli di maggiori dimensioni che fanno trasporti su grandi distanze, i trattori agricoli, e quelli che lavorano sui cantieri, i trasporti marini, aeronautici. Perfino quelli ferroviari, che sebbene siano alimentati con l’energia elettrica, senza accumulatori di energia, questa è prodotta dalle centrali termiche. Ma il problema è generale e riguarda tutte le attività umane, civili e industriali. Chi sono i consiglieri scientifici dei governi mondiali? Perché chi governa il mondo non ragiona con la propria testa come normali capi di famiglia? Il miglior guadagno è il risparmio e non ha niente a che vedere con la società dei consumi. Prima di fare qualsiasi investimento è necessario studiare attentamente sulla carta contemporaneamente i cicli di produzione e di depurazione. Ogni operazione deve essere fatta al posto giusto, al momento giusto e con la tecnologia aggiornata all’ultimo stato dell’arte. Se la tecnologia non è aggiornata per fare le operazioni al posto giusto al momento giusto è necessario fare gli aggiornamenti. Se la società dei consumi in cui viviamo non comprende o finge di non comprendere l’importanza degli aggiornamenti scientifici tecnologici e dell’organizzazione del lavoro, agli inventori non resta altro che sviluppare brevetti intellettuali anche se nessuno li finanzia, sperimenta e li realizza. Chi può permettersi di fare l’inventore in tali assurde condizioni di lavoro? Io credo di essere la risposta vivente a questa domanda perché nessuna delle mie quaranta invenzione è stata realizzata. Ma con un poco di fantasia le ho ipotizzate funzionanti nei vari contesti industriali e ambientali, accorgendomi dei difetti e migliorandole sempre virtualmente, fino a superare ampiamente lo stato dell’arte attuale con alcune invenzioni strategiche nei settori più importanti della prevenzione ambientale, della produzione dell’energia pulita, della produzione alimentare e della sanità pubblica, sfruttando i principi interattivi da sempre esistiti in natura, ovviamente potenziati localmente con invenzioni tecnologiche virtuali che devono essere sperimentate e messe a punto con adeguati finanziamenti, soprattutto pubblici e imparziali. E’ evidente che queste invenzioni non sono gradite agli attuali centri di potere che si arricchiscono producendo disastri ambientali si arricchiscono anche provvedendo alle ricostruzioni senza cambiare nulla di sostanziale a livello scientifico, tecnologico e della progettazione globale degli impianti antropici fissi e mobili. Quindi, La COP 28 eredita i problemi non risolti della COP 27 e che questa ha ereditato dalla COP 26 e via di seguito, lasciati in attesa di soluzioni dal protocollo di Kioto del 1997, firmato dai maggiori paesi mondiali, durante la COP 3, quando la concentrazione di CO2 nell’ambiente era ancora 370 ppm come si può leggere dalla curva di Keeling pubblicata su Wikipedia. Oggi la concentrazione di CO2 è oltre 420 ppm, mentre la scienza pubblica mondiale non ha risolto nemmeno il problema dei condizionatori di aria che almeno per gli impianti civili fissi si poteva risolvere con delle agevolazioni fiscali, visto che non c’era bisogno di nessuna nuova tecnologia. In questo contesto di ipocrisia mondiale, nessuno si è accorto, soprattutto, i consiglieri scientifici delle Nazioni Unite e dei Governi, che la tecnologia per cambiare l’intero sviluppo mondiale è a portata di mano in quanto non sono sotto accusa soltanto i condizionatori e i trasporti, ma tutti gli impianti antropici, che da produttori di energia sporca e costosa, avrebbero potuto essere trasformati in produttori di energia pulita gratuita, che addirittura proteggerebbe l’ambiente, semplicemente sfruttando i principi interattivi fisici, chimici, biologici, fluidodinamici esistenti da sempre nella natura terrestre. Questi principi furono individuati separatamente da Torricelli, Newton, Venturi, Pascal, Henry, Dalton, prima dell’invenzione dell’energia elettrica.

Con l’invenzione dell’energia elettrica e in particolare, dei motori elettrici e generatori di corrente, la potenzialità di questi principi può essere potenziata localmente incrementando, sia le capacità depurative che quelle della produzione dell’energia elettrica stessa, senza produrre nessuna forma di inquinamento, poiché l’energia elettrica usata dai motori elettrici e generatori di corrente, usata sui mezzi mobili di trasporto e di lavoro può e deve essere prodotta freddo sullo stesso mezzo di trasporto o di lavoro altrimenti si danneggiano i circuiti che producono le coppie motrici o le spinte lineari elettromagnetiche che si basano sottili fili di rame protetti con vernici isolanti avvolti in bobine che devono essere ben distanti dalle fonti di calore. Ovviamente, producendo a freddo l’energia elettrica, che sarebbe estratta direttamente dall’ambiente, oltre ad azzerare l’inquinamento, si risparmierebbero immense risorse economiche. Quindi, la fonte energetica primaria degli impianti mobili che fa muovere i magneti permanenti in un campo elettrico, non può essere nessuna delle attuali energie termiche, nucleari, solare, eolica, elettrolitica per semplicissime ragioni di ingombri e pesi dell’impiantistica necessaria a far muovere i magneti permanenti in un tempo più o meno infinito, senza pesanti serbatoi di combustibili, reattori nucleari, pannelli solari, pale eoliche, vasche idrolitiche. Quindi, la transizione ecologica di cui si parla a livello mondiale è una grossa bufala che sta facendo sprecare immense risorse economiche all’intero popolo mondiale per non ammettere che l’energia terrestre primaria è offerta gratis dalla natura stessa. Sono i governi attuali e le attuali multinazionali che vogliono continuare a farla pagare a tutto il popolo mondiale, soltanto perché nessun inventore del presente e del passato si è accorto dell’imbroglio. Io non so cosa succede negli altri paesi del mondo, ma quello che succede in Italia è semplicemente assurdo. Non parlo come inventore, ma come utente della fornitura di energia elettrica e del gas. Con il mercato libero dell’energia si sono moltiplicati i fornitori di energia elettrica e gas. Perfino le poste italiane vendono luce e gas. Tutti questi fornitori di energia per accaparrarsi i clienti fanno prezzi bassi e poi, improvvisamente, aumentano i prezzi, costringendo i clienti a cambiare fornitore ogni anno per cercare chi fa il prezzo migliore. Ai costi del gas bisogna aggiungere anche i costi annuali o biennali per le revisioni della caldaie. Tutto questo è ridicolo perché se estraessimo l’energia dall’ambiente con le invenzioni proposte dal sottoscritto, il gas non servirebbe e tutti gli utenti diventerebbero produttori della propria energia, perfettamente compatibile con l’ambiente senza dover pagare nessuna revisione di caldaia. Ovviamente, la stessa cosa varrebbe anche per la revisione dei mezzi di trasporto pubblici e privati se usassero lo stesso tipo di energia, almeno per quanto riguarda l’inquinamento ambientale.

2. Quali sono le ragioni per le quali i governi invece di incentivare le invenzioni di pubblica utilità sociale e ambientale le occultano?

Non è stato facile scoprire dove era nascosto il grandissimo imbroglio mondiale delle depurazioni inefficienti e dell’energia costosa e inquinante. Ancora più difficile è comprendere il silenzio che mi circonda, come se fossi un pazzo da ricoverare. Se non fossi entrato nei dettagli dell’organizzazione scientifica del lavoro ambientale per metterla allo stesso livello di quella del lavoro industriale, nemmeno il sottoscritto si sarebbe accorto delle incongruenze scientifiche e tecnologiche attuali. Infatti, oggi siamo in una situazione paradossale. Gli impianti industriali sono adeguati come capacità di produzione alle necessità mondiali, ma non sono adeguati per quanto riguarda la protezione dell’ambiente, mentre gli impianti ambientali ed energetici, non sono adeguati né per la qualità della protezione dell’ambiente, né per la capacità di produzione energetica.

Solo entrando nei dettagli dell’organizzazione scientifica del lavoro globalmente, sia dal punto di vista industriale che ambientale è possibile individuare gli errori. Non è stato un caso il fatto che il sottoscritto abbia iniziato l’attività di inventore da pensionato. Prima ho vissuto diciassette anni nella progettazione e organizzazione del lavoro industriale e successivamente ho vissuto per venti anni le esperienze di installatore di impianti ambientali ed energetici progettati e appaltati da enti pubblici, in Italia e in Tunisia. Per il sottoscritto, non è possibile progettare gli impianti antropici ambientali ed energetici terrestri senza seguire i cicli di lavoro ideali, passo dopo passo, scegliendo sempre la soluzione migliore, più semplice ed economica nota allo stato dell’arte. Nell’industria questo avviene regolarmente. Si studia accuratamente con quale ordine devono essere montati i componenti sulle linee di montaggio e perfino i movimenti che devono fare gli operai e i robot, che in alcuni casi, sostituiscono l’uomo. Mentre nel settore ambientale ed energetico sembra che tutto sia affidato al caso. I fumi si disperdono dalle ciminiere, le acque e i fanghi si miscelano e si acidificano a vicenda in lunghissimi e tortuosi percorsi fognari, senza che la scienza pubblica e i gestori degli impianti accolgano le critiche e i suggerimenti di persone come il sottoscritto, che propongono innovazioni disinteressatamente. Quando ho proposto soluzioni di risparmio idrico, di modificare le ciminiere, le fognature, i depuratori per seguire passo dopo passo i cicli di trasformazione di tutti gli elementi coinvolti nei processi fognari, per impedire l’acidificazione dall’acqua e dei fanghi nessuno ha preso in considerazione le mie invenzioni, non solo in Italia, ma anche all’estero, quando ho tradotto le pubblicazioni in inglese e realizzato un apposito sito web https://WWW. SPAWHE.eu. Praticamente, per l’attuale scienza pubblica mondiale non è possibile progettare gli impianti antropici globalmente, realizzando cicli depurativi comuni tra acqua e aria.

Eppure, la mia scelta di realizzare cicli comuni tra acqua e aria nelle fognature e nei depuratori verticali con stagni biologici sovrapposti mai realizzati sul pianeta terra, negli anni successivi è risultata vincente, perché mi ha consentito di sollevare le acque degli stagni sovrapposti estraendo l’energia dall’ambiente dall’ambiente e quindi, di abbattere anche i costi delle depurazioni. Ovviamente, le acque sollevate depurate, avrebbero potuto produrre gratis le piogge artificiali che io avevo proposto nelle serre calcaree per produrre carbonati nelle stesse acque depurate per andare a combattere l’acidificazione dei fiumi, laghi e mari, consumando il CO2 che in precedenza era stato catturato insieme ai fumi da apposite ciminiere modificate, dotate all’estremità superiore di una camera di espansione contenente dei filtri elettrostatici che avrebbero abbattute tutte le polveri più o meno sottili. Sia le ciminiere modificate, che i fabbricati verticali con stagni biologici sovrapposti sono dei brevetti internazionali non finanziarti da nessun ente pubblico mondiale.

Gli enti pubblici italiani e mondiali che parlano di transizione ecologia, basata sull’energia nucleare di nuova generazione e di idrogeno trasformato in combustibile, stanno dimostrando che ancora non hanno compreso che la vera transizione ecologica è quella che scaturisce dallo studio del potenziamento dei principi interattivi terrestri alla temperatura dell’ambiente terrestre. Se questi enti pubblici invece di studiare energie che non appartengono alla natura terrestre avessero studiato i modi più semplici ed economici per pulire l’energia fossile sporcata con l’uso dei combustibili, come ha fatto il sottoscritto, prima o poi, come come è avvenuto al sottoscritto si sarebbero accorti che è più semplice ed economico estrarre l’energia pulita direttamente dall’ambiente, perché la natura aveva già fatto tutte le predisposizioni affinché la potessimo estrarre senza costi in ogni angolo della terra proprio sfruttando i principi interattivi terrestri. Ovviamente, questo il sottoscritto lo può dire con il senno di poi, perché prima mi sono cimentato con il risparmio idrico domestico e il dosaggio automatico negli scarichi dei wc di ossido di calcio e cloruro ferrico per prevenire la formazione di idrogeno solforato nelle fogne e anticipare la depurazione dei fosfati prodotti da detergenti. Mi sono cimentato anche nella modifica delle ciminiera per catturare i fumi con filtri elettrostatici prima che vadano nell’atmosfera, nella modifica delle fognature mediante l’inserimento di sedimentatori dotati di ossidazione superficiale e piogge calcaree, poi mi sono cimentato nella progettazione di fabbricati sinergici verticali (FSV), con produzione sovrapposte di ortaggi, cereali, etc, affiancate da stagni biologici sovrapposti. Questi fabbricati sarebbero serviti a usare il CO2 come concime carbonico e gli stagni biologici come depuratori che salendo verso l’alto produrrebbero acqua sempre più pulita, che discendendo verso il basso attraverso delle serre calcaree consumerebbero altro CO2 producendo acque alcaline. Le pompe, i motori, i ventilatori, i compressori i diffusori di aria che utilizzerei nei miei impianti, mai realizzati sul pianeta Terra, sarebbero soggetti, ugualmente all’usura dei materiali, ma in maniera inferiore a quella che consumano negli impianti attuali, poiché lavorerebbero sempre alle temperature ordinarie dell’ambiente terrestre, senza gli shock termici, dovuti all’energia termica e ancora di più a quella nucleare.

Tuttavia, per affrontare i problemi ambientali seriamente, oltre a riparare i danni prodotti, e necessario entrare nelle soluzioni ambientali ed energetiche e mettere subito al bando le energie che producono CO2 ma anche il vapore. Quindi, dobbiamo escludere dal pianeta Terra, sia energia fossile che quella nucleare. Estraggo da un mio recente articolo (https://www.spawhe.eu/parliamo-delle-responsabilita-delle-alluvioni-e-di-altre-responsabilita-ancora-piu-gravi/)il seguente paragrafo. Non uso parole mie, ma un articolo estratto dalla seguente pagina di internet: https://skepticalscience.com/translation.php?a=19&l=17

Il vapore acqueo è tra i gas serra quello predominante. Il flusso radiante del vapore acqueo causato dalla sua caratteristica di gas serra è circo 75 W/m2 mentre la CO2 apporta un contributo di 32 W/m2 (Kiehl 1997). Questa proporzione è confermata dalle misure della radiazione infrarossa di ritorno verso la superficie terrestre (Evans 2006). Il vapore acqueo è anche quello che da il contributo prevalente  come feedback positivo  nei confronti del sistema climatico terrestre ed è anche la causa principale del perché la temperatura risente così tanto delle modificazioni della concentrazione di CO2. A differenza di altri elementi esterni come la CO2 che possono essere aggiunti nell’atmosfera, il livello del vapore acqueo è funzione della temperatura dell’aria. Il vapore acqueo viene trasportato in atmosfera attraverso il processo di evaporazione, la cui entità dipende dalla temperatura degli oceani e dell’aria, essendo governata dalla formula di Clausius-Clapeyron. Se una quantità eccedente di acqua viene introdotta in atmosfera questa condensa  e ritorna in basso come pioggia o neve entro una settimana o due. Analogamente se una certa quantità di umidità viene prelevata dall’atmosfera, la evaporazione provvederà a ripristinare il “livello normale”in breve tempo. Il vapore acqueo, essendo direttamente legato alla temperatura, è anche un fattore di feedback positivo ed è in pratica il fattore di feedback positivo principale  del sistema climatico (Soden 2005). Con l’aumento della temperatura la evaporazione cresce ed una maggior quantità di vapore acqueo si accumula nella atmosfera. In qualità di gas serra il vapore acqueo assorbe calore e riscalda l’aria che a sua volta favorisce altra evaporazione. Quando la CO2 viene aggiunta in atmosfera , essendo a sua volta un gas serra ha un effetto riscaldante, e quindi fa si che altra acqua evapori e riscaldi l’aria portandosi ad una soglia stabile più alta. Il riscaldamento dovuto alla CO2 pertanto ha un effetto di amplificazione. Qual è l’entità di questa amplificazione? Senza altri feedback, un raddoppio della concentrazione di CO2 provocherebbe un aumento della temperatura del pianeta di circa 1°C. Il feedback del vapore acqueo per parte sua causa circa il raddoppio del riscaldamento dovuto alla CO2. Quando vi si comprendano gli altri feedback (per es. la riduzione dell’albedo dovuta allo scioglimento dei ghiacci) il riscaldamento complessivo a seguito di un raddoppio della CO2 è attorno a 3°C (Held 2000). L’effetto di amplificazione del vapore acqueo è stato osservato sotto forma di raffreddamento globale a seguito della eruzione del Monte Pinatubo (Soden 2001). Il raffreddamento fece sì che l’atmosfera diventasse più secca ed a sua volta venne amplificata la diminuzione di temperatura. La citata risposta climatica di circa 3°C è anche confermata da numerosi studi sperimentali che hanno preso in esame come il Clima ha risposto a diversi forcings presentatisi in passato (Knutti & Hegerl 2008).
I satelliti hanno rilevato un aumento del vapore acqueo atmosferico di circa  0.41 kg/m² per decennio dal 1988. Una evidenza ed una attribuzione nota come “impronta digitale”, che è stata usata per identificare la causa dell’aumento dei livelli di vapore acqueo in atmosfera (Santer 2007). Impronta digitale perchè presuppone l’adozione di test statistici rigorosi per ricercare le possibili spiegazioni del cambiamento di talune proprietà del sistema climatico. I risultati di 22 differenti modelli climatici (virtualmente i maggiori modelli climatici mondiali) sono stati messi assieme ed hanno trovato che il recente aumento di vapore acqueo sull’intero ambiente oceanico del pianeta non è dovuto a forcing solare o ad un graduale recupero seguito alla eruzione del M.Pinatubo del 1991. La causa primaria della “umidificazione dell’atmosfera” è stata identificata con l’aumento della CO2 prodotta dai combustibili fossili. Sia la teoria che le osservazioni sperimentali ed i modelli climatici nel loro insieme mostrano che l’aumento del vapore acqueo è attorno al 6-7.5% per grado Celsius di riscaldamento nella atmosfera più bassa. I cambiamenti osservati di temperatura, umidità e circolazione atmosferica si combinano in maniera fisicamente coerente. Quando gli scettici citano il vapore acqueo dicendo che è il gas serra prevalente, in realtà fanno riferimento allo stesso feedback positivo che rende il Clima della Terra così sensibile anche alla CO2, e pertanto non fanno altro che confermare l’evidenza della origine antropica del riscaldamento globale.

3. La compatibilità tra l’idroelettromagnetismo compresso, il circuito elettrico globale terrestre e dell’universo.

Oltre all’articolo che parla della pericolosità del vapore, sopra riportato, mi permetto di inserire in questo articolo un ampio riassunto del seguente interessante lavoro dell’Università di Bologna a supporto delle ragioni per le quali ho dedicato la mia vita di pensionato a cercare di estrarre l’energia dall’ambiente senza interferire con i processi naturali terrestri, come invece, fanno le attuali energie fossili e nucleari che producono CO2, ossidi di combustione e immense quantità di vapore. Ma sono contrario anche all’attuale trasporto in alta tensione dell’energia elettrica in quanto non può non interferire con la struttura elettrica delle nubi tempolaresche insieme al CO2, gli ossidi di combustione, il vapore, le attuali cattive depurazioni che non chiudono tutti i cicli che aprono negli impianti antropici. Pertanto sono contrario anche alle attuali rinnovabili che necessitano di trasportare l’energia a distanza poiché anche il solo trasporto dell’energia, ha notevoli costi economici e interferisce con il circuito elettrico globale terrestre. Il quale, per il sottoscritto avebbe dovuto essere conservato nelle condizioni dell’era preindustriale, in quanto, come si può comprendere da questo articolo tutte le alterazioni del circuito elettrico globale hanno prodotto gli attuali cambiamenti climatici. Le soluzioni proposte dal sottoscritto in ordine cronologico in quaranta depositi di brevetti, di cui sei depositati a livello internazionali e circa 110 articoli pubblicati nel mio sito web (https://www.spawhe.eu) avrebbero consentito gradualmente la pulizia dell’energia fossile e successivamente l’estrazione dell’energia primaria pulita direttamente dall’ambiente, in impianti fissi e mobili, i quali avebbeo trasmesso all’esterno sotanto la forza fisica ed elettromagnetica per lavorare e spostarsi nello spazio, senza produrre CO2, ossidi di combustione, vapore, radioattività. Spero che gli autori che hanno scritto l’articolo appresso riportato condividano il mio lavoro di invetore, come io condivido il lavoro di ricerca che hanno svolto.

Alma Mater Studiorum Università di Bologna

Corso di Laurea in Fisica dell’Atmosfera e meteorologia

Struttura elettrica delle nubi temporalesche

Relatore: Prof. Vincenzo Levizzani

Correlatore: Dott. Stefano Dietrich

Presentata da: Francesco Barbano Anno Accademico 2012/2013

Capitolo 1. Background storico: l’elettricità in atmosfera

Lo studio e la comprensione dei fenomeni elettrici è oggetto abbastanza recente della storia dell’umanità, seppure manifestazioni elettriche naturali siano osservabili sulla Terra da prima della nascita dell’homo sapiens. Infatti, secondo la letteratura, fu William Gilbert (1540-1603), sico, prestante servizio presso la regina Elisabetta I, il primo ad osservare fenomeni elettrici in maniera scientifica [1]. Gilbert capì che solo certe classi di materiali potevano effettivamente interagire con i campi elettrici, segnando così la distinzione tra materiali isolanti e conduttori. Lo studio di ciò che oggi viene chiamata elettrostatica ebbe un notevole sviluppo a cavallo tra diciassettesimo e diciottesimo secolo, grazie allo sviluppo di nuove tecnologie e strumentazioni, quali ad esempio la bottiglia di Leyden, e alla nascita delle prime accademie scientifiche: la Royal Society a Londra e l’Académie des Sciences a Parigi. Una delle pietre miliari nella comprensione dei fenomeni elettrici atmosferici la pose Benjamin Franklin (1706-1790) il quale ipotizzo che i fulmini fossero scariche elettriche che trasportano cariche presenti in nube (la qual teoria fu poi verificata sperimentalmente da Thomas-Francois d’Alibard (1703-1799) nel 1752). In questo stesso periodo iniziarono le prime osservazioni riguardanti i temporali e la loro struttura elettrica. Nel 1753, JohnCanton (1718-1772) scoprì che in atmosfera l’elettricità è presente anche in condizioni di fair-weather. Verso la fine del ‘700 una serie di misurazioni da parte di John Read (1726-1814) permisero le prime stime di quantificazione dell’elettricità atmosferica. Fu in questo periodo che esperimenti di laboratorio iniziarono a mostrare la possibilità di avere cariche in movimento. Charles-Augustin Coulomb (1736-1806) notò che la carica di un oggetto viene dissipata a contatto con l’aria tanto più rapidamente quanto più è umida l’aria stessa: Così, seppur come corollario alla legge di repulsione elettrostatica alla quale stava lavorando, Coulomb scoprì la conduttività elettrica dell’aria, anche se la spiegazione relativa a questa proprietà arrivò solo un secolo più tardi con la scoperta dell’elettrone. Si dovette perciò attendere la fine del diciannovesimo secolo perché lo studio dell’elettricità atmosferica divenisse più sistematico, grazie alle scoperte e alle intuizioni in campo elettromagnetico da parte di Faraday e Maxwell, e all’avvento di nuovi apparati sperimentali. Risalgono al questo periodo infatti le misurazioni del campo elettrico atmosferico (anche conosciuto come Potential Gradient, PG) e le prime teorizzazioni del campo elettrico di nube. Grazie a questi nuove scoperte Lord Kelvin (1824-1907) fu in grado di concludere che l’elettrificazione è una proprietà dell’atmosfera in condizioni di fairweather, confermando così i primi approcci all’argomento avanzati da Coulomb. Il successivo avvento dei palloni sonda, accompagnato dalle scoperte di Thomson e Rutherford circa elettroni e ionizzazione, diede un nuovo input alla ricerca. Fu in questo periodo che venne formulato il concetto di mobilità ionica, definita come la velocità di uno ione posto all’interno di un campo elettrico. Parallelamente agli studi dei due fisici, un gruppo di quattro scienziati, Ebert, Gerdien, Elser e Geitel, sviluppò strumentazioni per la misura in situ; equipaggiando i palloni sonda con questi nuovi strumenti fu possibile misurare la conduttività lungo la verticale dell’atmosfera, raccogliendo dati direttamente in loco. Così facendo vennero misurati, con risultati molto più precisi che in passato, PG e conduttività dell’aria fino ad altezze di 9 km; ciò permise di determinare grandezze come la corrente di conduzione totale, che in troposfera è sostanzialmente indipendente dalla quota. Analogamente furono condotte misurazioni in situ del campo elettrico di nube che permise di avere i primi dati sperimentali sulla struttura elettrica della nube stessa. Con l’avvento della fisica moderna, lo studio dell’elettricità atmosferica entrò in una nuova fase. Nei primi anni del ventesimo secolo fu formulata la teoria del circuito elettrico globale che servì da collante a tutte le precedenti misurazioni atmosferiche. In questo modo si è potuto dare un background sul quale andare a riportare le misurazioni fatte con tecniche che ancora oggi sono in fase di sostificazione. Alle già citate misurazioni in situ e tramite i palloni sonda infatti va aggiunta tutta la branchia relativa al remote sensing, ottimizzata con l’avvento dei satelliti. Sfruttando le nuove tecnologia si è così potuto avere un quadro generale molto accurato per quanto riguarda elettricità in cielo sereno e in nube. Ad oggi la teoria del circuito globale è alla base dello studio dell’elettricità atmosferica.

Capitolo 2. Circuito elettrico globale

2.2 sorgenti di cariche elettriche atmosferiche e ioni

Evidenze sperimentali hanno dimostrato la presenza in atmosfera di cariche di ambo

i segni. In generale esistono due meccanismi ritenuti predominanti nella produzione di

queste cariche, ed entrambi concernono la ionizzazione di molecole neutre.

2.2.1 Radiazione emessa dalla superficie terrestre,

La crosta terrestre contiene una gran quantità di isotopi radiativi che emettono particelle subatomiche cariche dotate di grandi energie (particelle alpha e beta in primis) e radiazione ionizzante (raggi gamma). Energie tipiche di queste particelle sono dell’ordine del MeV . Entrambe le particelle alpha e beta hanno un libero camino medio molto limitato nella bassa troposfera e quindi contribuiscono in maniera alquanto limitata al caricamento atmosferico. Infatti sono soprattutto i raggi gamma a ionizzare le molecole troposferiche neutre in ioni positivi ed elettroni liberi. Mentre i primi sono grossi e hanno scarsa mobilità, gli elettroni liberi possiedono una notevole mobilità, per cui si attaccano rapidamente alle particelle con cui interagiscono, solitamente aerosol in quanto elettrochimicamente reattivi, caricandole. Questo processo porta, in generale, alla formazione di cluster di particelle di aerosol, i quali a loro volta saranno avvantaggiati nella formazione di gocce di nube, rispetto ai particolati ultrafini anch’essi presenti in atmosfera. Grazie alla presenza di una carica non neutra sulle particelle, verranno a formarsi molti più nuclei di condensazione di quanto non si avrebbe in assenza dei processi di ionizzazione. Oltretutto il vapore presente in atmosfera sarà maggiormente portato ad attaccarsi di cluster di particelle di aerosol, i quali a loro volta saranno avvantaggiati nella formazione di gocce di nube, rispetto ai particolati ultrafini anch’essi presenti in atmosfera. Grazie alla presenza di una carica non neutra sulle particelle, verranno a formarsi molti più nuclei di condensazione di quanto non si avrebbe in assenza dei processi di ionizzazione. Oltretutto il vapore presente in atmosfera sarà maggiormente portato ad attaccarsi ad un substrato aerosolico carico piuttosto che neutro, facendo calare la soglia minima di attivazione dei nuclei di condensazione stessi, come mostrato in figura 2.1. Questo processo ha delle implicazioni climatiche molto importanti e che sono tutt’oggi di grande interesse scientifico.

2.2.2 Raggi cosmici

Essi sono particelle subatomiche cariche ad altissima energia che entrano nell’alta atmosfera terrestre. I raggi cosmici hanno una duplice provenienza: il Sole (e prendono il nome di solar cosmic rays, SCR) o altre stelle e galassie (e prendono il nome di galactic cosmic rays, GCR). Il loro ausso in alta atmosfera è modulato dal dall’attività solare e dal campo magnetico terrestre [6]. Sono composti al 90% da protoni4, al 9% da nuclei di elio e all’1% da altri nuclei. Quando i raggi cosmici entrano nell’atmosfera terrestre ionizzano le molecole con cui vengono a contatto, formando coppie di ioni del tutto simili a quelle formatesi nella bassa troposfera. Inoltre date le alte energie trasportate 5, in seguito alla ionizzazione vengono prodotte un gran numero di particelle secondarie, quali pioni, muoni, kaoni e mesoni.

2.3 Corrente di dispersione

Per la presenza del campo elettrico di bel tempo gli ioni atmosferici sono soggetti ad un’accelerazione nella direzione stabilita dal segno della propria carica. Gli ioni positivi, quindi, verranno accelerati verso il suolo mentre quelli negativi verso l’alta atmosfera. Il flusso di cariche costituisce una corrente elettrica, definita corrente di conduzione.

2.4 Elettrosfera: Come appena discusso nel paragrafo precedente, gli ioni nell’alta atmosfera sono interamente prodotti dai raggi cosmici. Infatti al diminuire della densità con la quota, cresce il libero cammino medio delle particelle proporzionalmente alla vita media degli ioni. In questo modo diminuisce la frequenza di interazione ione-ione e ione-molecola di altra natura, accrescendo così le concentrazioni ioniche. Misure sperimentali mostrano come in alta atmosfera ci sia, mediamente, egual concentrazione di ioni caricati positivamente e negativamente. Dato che la frequenza di interazione è molto bassa gli ioni si comportano come un plasma, ovvero un fluido elettrificato, ma di carica totale neutra (in quanto cariche positive e negative sono in egual concentrazione), che risponde agli stimoli elettromagnetici. Un’importante conseguenza dell’accumulo di ioni liberi in una regione atmosferica è l’aumento della conduttività elettrica della regione stessa. Quindi imponendo un campo elettrico esterno, che in atmosfera è il campo elettrico di bel tempo, al plasma, gli ioni in esso contenuti reagiranno producendo un campo elettrico indotto uguale e contrario a quello esterno. Questa situazione è del tutto analoga a quella di un conduttore: il campo elettrico totale, somma di quello esterno e indotto, è nullo sul conduttore, che quindi si comporta come un corpo equipotenziale. Essendo il comportamento del plasma in alta atmosfera del tutto analogo, esso formerà uno strato conduttore equipotenziale. Questo strato è stimato iniziare tra i 60 e gli 80 chilometri dal suolo, e prende il nome di elettrosfera, e spesso coincide con la ionosfera. Per quanto già discusso, anche la superficie terrestre può essere mediamente vista come un conduttore equipotenziale, seppure non perfetto. Tra i due conduttori si pone una grossa porzione di atmosfera che, sia in condizioni di fair-weather, sia in presenza di nuvolosità, è poco conduttrice e, anzi, ha una considerevole resistenza elettrica, variabile con la quota. Si passa infatti dai 10-14 Sm-1 al suolo ai 10-7 Sm-1 in prossimità dell’elettrosfera. La resistenza elettrica tuttavia non rende l’atmosfera un perfetto isolante per cui si avrà passaggio di corrente in essa, vedi paragrafo 2:3.

2.5 Il circuito globale. Il concetto di circuito elettrico globale, venne proposto per primo da Wilson nel primo ventennio del novecento. Il modello è in se semplice: l’atmosfera è contenuta tra due superfici conduttrici equipotenziali. Tra di esse è presente una differenza di potenziale di 200 􀀀-300 kV. La porzione di atmosfera tra le due superfici è un isolante imperfetto, per cui permette il passaggio di corrente, in entrambe le direzioni, che mantiene in vita il campo elettrico atmosferico, operando tramite processi di carica scarica. I processi di scarica sono imputabili alla leakage current, di cui al paragrafo 2.3. I processi di carica invece riguardano i temporali. Processi microfisici interni alle nubi temporalesche, di cui al capitolo 3, permettono la formazione di una struttura elettrica multipolare nella nube stessa, con la formazione di un intenso campo elettrico interno. Questa configurazione permette alla nube i agire come una batteria che rifornisce le due superfici equipotenziali con scariche positive, verso l’alto, e negative, verso il suolo. La corrente di conduzione che si forma verso l’alto, e che raggiunge la ionosfera, contribuisce, assieme all’apporto di cariche dai raggi cosmici, al mantenimento del potenziale tra ionosfera e superficie terrestre. Questa corrente è opera dai cosiddetti transient luminous events, o TLE, in particolar modo sprites e blue jets, di cui ancora relativamente poco si conosce.

Figura 2.2: Riproduzione del circuito elettrico globale. Le correnti seguono il flusso delle cariche positive. I raggi cosmici caricano la ionosfera positivamente mentre la superficie terrestre è carica negativamente.

Figura 2.3: Rappresentazione del circuito elettrico globale in forma idealizzata. Le correnti

seguono il flusso delle cariche positive. R2 e I0 sono rispettivamente la resistenza e

la corrente all’interno di un temporale.

2.5.1 Risonanza di Schumann, SR, è un gruppo di picchi nella porzione di spettro delle frequenze estremamente basse (ELF) del campo elettromagnetico terrestre. Le risonanze di Schumann sono risonanze elettromagnetiche globali, eccitate dalle scariche elettriche dei fulmini nella cavità formata dalla superficie terrestre e dalla ionosfera [11]. Frequenze n così basse non vengono attenuate dal campo terrestre, se non in minima parte. In questo modo riescono a compiere ripetutamente il giro del globo prima di dissolversi. Interferenza costruttiva produce onde risonanti dagli 8 Hz a crescere ad intervalli di circa 6 Hz. La risonanza a 8 Hz in particolare rappresenta un’onda la cui lunghezza d’onda è uguale alla circonferenza della Terra (40000 km). Le SR sono una buona prova della veridicità del sistema Terra-ionosfera, oltre al fatto che possono esser usate per monitorare singole posizioni sulla superficie terrestre. Quest’ultima caratteristica permette di studiare la variabilità nelle occorrenze globali di fulmini. Ciò è possibile grazie alla grande correlazione presente tra il segnale di background delle SR e la frequenza globale di fulminazione.

Inoltre, essendo il segnale transiente delle SR ben correlato con gli sprites atmosferici, le risonanze vengono anche utilizzate per il monitoraggio degli sprites su tutto il globo. Essendo dipendenti dai soli processi di fulminazione, e quindi da processi dominati da flussi di corrente alternata, le SR non sono utili per le misure riguardanti la corrente di bel tempo, in quanto flusso di corrente continua.

2.5.2 Cambiamenti climatici.Dal 1990 iniziarono ad emergere importanti studi sulla correlazione tra i fenomeni interagiscono per formare il circuito elettrico globale e i cambiamenti climatici. Price e Rind (1990) furono i primi a proporre la possibile correlazione tra cambiamenti climatici e intensificazione dell’attività di fulminazione a scala globale. Successivamente molti altri studiosi fecero analisi simili. Nel 1992 Williams mostrò una stretta relazione tra temperature al suolo nella fascia tropicale e variazioni mensili nella SR misurate a Rhode Island, USA. Price nel 1993 dimostrò una buona relazione tra i cambiamenti diurni di temperatura e la variabilità diurna del circuito elettrico globale. Sempre Price nel 1999 riuscì a correlare la presenza del potenziale ionosferico con le temperature superficiali. Reeve e Toumi nello stesso anno, avvalendosi di misure satellitari hanno correlato temperature globali e scariche CTG. Nel 2000 Price ha collegato la concentrazione di vapor acqueo nell’alta troposfera con l’attività di fulminazione globale utilizzando le SR. L’ambito di ricerca è più che mai aperto e attuale. Anche in questo caso emerge l’utilità delle SR in quanto strumento per il monitoraggio dei fulmini, i quali a loro volta influenzano o sono indice di grandezze quali temperatura superciale, umidità, quantità di pioggia, intensità di convezione e altri parametri direttamente implicati nei processi di cambiamento climatico.

3.1 Conduttività elettrica in nube.La conduttività elettrica è una grandezza importante anche quando il background di interesse non è il cielo sereno ma un ambiente nuvoloso. Il rate in nube è controllato dal bilancio locale tra sorgenti e pozzi di ioni. Il più efficiente dei processi di rimozione è la precipitazione: gli ioni infatti si attaccano alle gocce di nube per conduzione e diffusione per poi lasciare la nube stessa qualora le gocce diventino precipitanti. A seconda dell’intensità del campo elettrico, della concentrazione di ioni e della quantità di carica trasportata da questi ultimi, sarà favorita la crescita delle gocce per conduzione o diffusione. Il processo di diffusione degli ioni sulla goccia segue le curve di Kohler, anche se in media più ioni vengono inglobati e maggiori saranno gli effetti delle cariche elettriche da essi portate. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.1.1 Nubi di bel tempo.Vengono definite nubi di bel tempo le nubi debolmente elettrificate, il cui campo elettrico è sostanzialmente quello di fair-weather2. Per questo tipo di nubi quindi la crescita diusiva è favorita rispetto a quella per conduzione, per cui sarà molto piccolo e tendente ai suoi valori tipici in condizioni di ciel sereno3. Per calcolare il flusso di ioni sulle goccioline si può supporre, senza perdita di generalità, che tutte le goccioline siano sferiche, di egual dimensione e che trasportino la stessa quantità di carica, ovvero il valore medio della distribuzione di carica sulle goccioline stesse . La popolazione di goccioline aventi carica totale pe, ovvero n(p), può essere determinata bilanciando il rate di cattura di ioni positivi da parte di goccioline con carica pe, con quello di ioni negativi da parte di goccioline di carica (p + 1)e. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.1.2 Nubi temporalesche. In una nube formata da goccioline di carica media Q, una buona approssimazione per la concentrazione di ioni positivi n+ in condizioni di equilibrio si può stimare dalla seguente equazione: I = an+n-􀀀 + 4πaND+n+ + B+n+N /3Ea2 (3Ea2 – Q)2

Un ragionamento analogo si può fare con gli ioni negativi partendo dall’equazione sopra riportata e dall’analoga per ioni negativi, Phillis (1967) mostrò che la conduttività in nube è ridotta sensibilmente al crescere dell’intensità del campo elettrico e della concentrazione di acqua liquida, e moderatamente con la diminuzione della dimensione delle goccioline . Tali considerazioni vennero confermate in seguito da esperimenti condotti da Griths e Latham (1974), grazie ai quali si poté concludere che in nubi il cui campo elettrico è molto intenso la conduttività è generalmente molto debole. Quanto constatato ben si confà alla rappresentazione delle nubi temporalesche, i cui campi elettrici sono molto più intensi del campo elettrico di bel tempo. Alcuni autori tuttavia riportano di aver osservato valori di conduttività all’interno di temporali superiori anche di 20 volte rispetto ai valori di fair weather. Tali risultati possono essere spiegati per mezzo della teoria di Phillis, Griths e Latham supponendo un adeguamento della conduttività dell’ambiente adiacente la nube che compensi il calo avvenuto all’interno della nube stessa. Le interazioni che si verificano sui bordi della nube formano un “boundary layer” rispetto a cui il campo elettrico è normale. Allora ponendoci sul boundary layer a z = zB e considerando condizioni di bilancio tra le conduttività all’interno e all’esterno della nube (ma nelle immediate vicinanze del bordo) per cui AcEc = A0E06..Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.2 Distribuzione della carica elettrica in nube. Come introdotto nella sezione 3.1, la carica elettrica in nube risiede principalmente sulle idrometeore. Le strutture elettriche che si osservano comunemente nelle nubi sono una diretta conseguenza di questa proprietà delle cariche. In generale la distribuzione di carica in nube è funzione della tipologia di nube, dell’intensità dell’updraft8 e della distribuzione dimensionale delle gocce. La tipologia di nube è importante perché in generale si riscontrano distribuzioni dimensionali diverse a seconda che la nube abbia uno sviluppo prevalentemente orizzontale o verticale. Per i sistemi convettivi inoltre c’è differenza anche al variare dell’intensità dell’updraft; infatti, più intenso e duraturo è il flusso verticale più facilmente ci sarà produzione di gocce di nube e poi precipitanti. In questo modo vengono favoriti i meccanismi di caricamento delle gocce di nube che verranno discussi nel paragrafo 3.3. Distribuzione numerica e dimensionale delle idrometeore ed intensità del campo elettrico di nube concorrono insieme alla caratterizzazione della distribuzione di carica, come mostrato nella sezione 3.1. A seconda del grado di elettrificazione vengono definite due categorie di nubi: debolmente elettrificate e fortemente elettrificate. A livello qualitativo ci si può riferire alle prime col termine nubi di bel tempo e alle seconde come nubi temporalesche. Esistono infine casi in cui la struttura elettrica delle nubi temporalesche tende ad estremizzarsi, in cui il campo elettrico cambia repentinamente di segno, come ad esempio nei temporali di tipo supercella.

3.2.1 Nubi di bel tempo. Nelle nubi di bel tempo il caricamento è principalmente dovuto alle interazioni ione gocciolina descritte nel paragrafo 3.1.1. Essendo le nubi sono dei pessimi conduttori, ci si può aspettare una deposizione di ioni negativi alla base della nube in crescita, per effetto del campo elettrico di fair-weather. Successivamente queste cariche verranno sospinte verso quote maggiori per effetto di un updraft più o meno intenso. Nella loro prima fase di crescita queste nubi tenderanno quindi a formare un core caricato negativamente che poi verrà mantenuto durante le fasi successive. Contemporaneamente ci sarà un processo di deposizione di ioni positivi alla sommità della nube, per effetto dell’attrazione esercitata dal polo negativo formatosi in precedenza e del campo elettrico ambientale. Gli ioni verranno continuamente trasportati all’interno della nube in conseguenza del mescolamento turbolento che ne interessa il top. In questo modo la parte superiore della nube presenterà un accumulo di carica positiva. Quanto appena descritto è la riproduzione di uno scenario in cui la nube è un sistema bipolare orientato come il campo elettrico ambientale. Una verifica di tale struttura arriva dai dati sperimentali. Osservazioni svolte su stratocumuli, altocumuli e cumuli convettivi non precipitanti e in assenza della fase ghiaccio, confermano la distribuzione bipolare. Esistono tuttavia incongruenze tra teoria e osservazione, e tra diverse osservazioni, ma sono perlopiù relative alla distribuzione della carica sulle singole goccioline. La carica totale trasportata da una singola goccia di nube infatti è in generale maggiore di quanto le teorie, diffusiva e conduttiva, non prevedano. Nonostante i numerosi rilevamenti fatti non esiste ancora una spiegazione univoca in grado di giustificare questa anomalia. Così per ogni set di dati misurati si costruisce un t empirico, generalmente valevole solo per il rilevamento stesso da cui prende forma. Gli unici fattori comuni di queste formule empiriche sono la stima di una quantità di carica, per singola gocciolina, maggiore di quanto previsto dalla teoria e il fatto che tutti i fit siano in forma quadratica rispetto al raggio. Inoltre anche il segno della carica non è univocamente determinato: analizzando tre misurazioni successive, rispettivamente eseguite da Twomey, Krasnogorskaya e Colgate and Romeo, si osservano tre risultati diversi. Il primo trovò una carica media per gocciolina fortemente positiva, il secondo debolmente negativa e i terzi fortemente negativa. Le incertezze in tale ambito sono ancora molto grandi.

Figura 3.1: Struttura elettrica di una nube di bel tempo

3.2.2 Nubi temporalesche. L’attività temporalesca globale è responsabile dell’esistenza della debole carica negativa sulla superficie terrestre. In generale infatti scariche CTG trasportano cariche negative al suolo, mantenendo in funzione il circuito globale. Diversi studi condotti sulle nubi dotate di un campo elettrico sufficiente per generare scariche di qualsivoglia genere riportano la necessità di un ulteriore meccanismo di caricamento della nube, oltre a quello che coinvolge gli ioni nei processi di diffusione e conduzione. Tale meccanismo è imputabile alle diverse tipologie di caricamento cui sono soggette le goccioline durante la loro fase di crescita. Analogamente al caso delle nubi debolmente elettrificate, è difficile trovare una formula univoca per stabilire la quantità totale di carica trasportata dalle gocce. Anche in questa situazione, le osservazioni sono molto discordanti tra di loro, ma potrebbe esserci una giustificazione soddisfacente. Le difficoltà maggiori riguardanti la descrizione delle proprietà elettriche delle nubi temporalesche, infatti, risiedono nell’impossibilità di delineare una teoria di fondo comune a tutti i temporali per la grande diversità associata a questo tipo di sistemi. Infatti temporali originatesi in regioni diverse presentano caratteristiche microfisiche diverse a causa delle proprietà termodinamiche e radiative che interessano la regione stessa. La carica massima fisicamente trasportabile da una gocciolina è data dal limite di Rayleigh, ed è funzione di una certa potenza del raggio. Tale limite viene raggiunto in condizioni di instabilità meccanica, che viene raggiunta quando lo stress elettrostatico sulla superficie della goccia eguaglia la tensione superficiale. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Nonostante le difficoltà è possibile ricostruire la struttura elettrica di una nube temporalesca, anche se non è del tutto chiaro il meccanismo di interazione tra le gocce e i cristalli che più di tutti, durante la formazione della precipitazione, conduce a questa struttura. La struttura, o meglio, le strutture elettriche maggiormente osservate sono tripolari e quadripolari, anche se studi piuttosto recenti hanno mostrato la presenza di stratificazioni di carica più complesse. Sistemi temporaleschi con velocità di updraft sostanzialmente diversi, dai molto intensi delle supercelle ai più moderati presenti nei sistemi convettivi alla mesoscala, possono avere una struttura elettrica tripolare; osservazioni tramite palloni sonda verificano tale assunzione.

La struttura tripolare è la stratificazione più semplice possibile per nubi in cui sia presenteun campo elettrico intenso. In questo senso, si è osservato un core temporalesco, situato attorno ai 􀀀15C, caricato negativamente, compreso tra due strati caricati positivamente. La regione caricata negativamente e quella superiore caricata positivamente considerate assieme formano quello che in letteratura viene chiamato main dipole. Vari sono i meccanismi di caricamento, ma parrebbe ragionevole pensare che core negativo e top positivo siano originati per la separazione di carica che avviene in seguito a processi di collisione e breakup cui sono soggetti i cristalli di ghiaccio durante la formazione della precipitazione. Lo strato inferiore, coincidente in generale col melting layer, si suppone sia caricato o per induzione rispetto alla superficie terrestre caricata negativamente o per scioglimento parziale o totale dei cristalli in caduta i quali rilasciano cariche. Sistemi più complessi sono stati osservati e misurati nella seconda metà degli anni 90 e hanno portato ad interessanti risultati. Da uno studio condotto da Stolzenburg et al. (concluso e pubblicato nel 1998) basato sulla misurazione, per mezzo di palloni sonda, del campo elettrico di 20 temporali, emerge una struttura di carica quadripolare nella regione dell’updraft. La nube è molto simile al caso tripolare, ovvero presenta una La struttura tripolare è la stratificazione più semplice possibile per nubi in cui sia presente un campo elettrico intenso. In questo senso, si è osservato un core temporalesco, situato attorno ai 15C, caricato negativamente, compreso tra due strati caricati positivamente. La regione caricata negativamente e quella superiore caricata positivamente considerate assieme formano quello che in letteratura viene chiamato main dipole. Vari sono i meccanismi di caricamento, ma parrebbe ragionevole pensare che core negativo e top positivo siano originati per la separazione di carica che avviene in seguito a processi di collisione e breakup cui sono soggetti i cristalli di ghiaccio durante la formazione della precipitazione. Lo strato inferiore, coincidente in generale col melting layer, si suppone sia caricato o per induzione rispetto alla supercie terrestre caricata negativamente o per scioglimento parziale o totale dei cristalli in caduta i quali rilasciano cariche.

Sistemi più complessi sono stati osservati e misurati nella seconda metà degli anni 90 e hanno portato ad interessanti risultati. Da uno studio condotto da Stolzenburg et al. (concluso e pubblicato nel 1998) basato sulla misurazione, per mezzo di palloni sonda, del campo elettrico di 20 temporali, emerge una struttura di carica quadripolare nella regione dell’updraft. La nube è molto simile al caso tripolare, ovvero presenta una sottile regione alla base della nube caricata positivamente, un core negativo e una zona sovrastante positiva. In più è presente un ulteriore strato al top della nube, molto sottile e caricato negativamente, formatosi presumibilmente per interazione delle molecole di nube con gli ioni atmosferici.

Figura 3.3, appresso riportata, mostra un modello concettuale della struttura elettrica di temporale isolato e nella sua fase matura, basato sull’analisi da 49 sondaggi operati in differenti nubi nelle condizioni appena descritte. Mediamente si hanno quattro strati di carica nella regione dell’updraft e sei fuori da essa. L’intero sistema è schermato da cariche negative e l’anvil ha carica predominante positiva.

Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3 Processi di elettricazione in nube. Si tenterà ora di comprendere quali siano i meccanismi più efficienti nel caricamento di una nube. Il punto di partenza comunemente accettato è la causa della formazione del campo elettrico in nube, ovvero la separazione di carica che accorre durante i processi di formazione della precipitazione. Gocce di grandi dimensioni infatti tenderanno a precipitare per effetto della forza di gravità mentre quelle più piccole verranno sospinte verso l’alto dall’updraft. Basta che le gocce siano dotate di carica netta che, anche in assenza di collisioni, venga a formarsi una struttura dipolare all’interno della nube. Ovviamente si può estendere quanto detto anche ai cristalli di ghiaccio. Ad oggi sono molti i meccanismi ritenuti responsabili, in diversa misura, del campo elettrico di nube, ma non si ha ancora la certezza riguardo quali di questi meccanismi siano i principali. Le stime a riguardo si basano tutte su dati sperimentali e teorie empiriche ancora troppo specifiche dei singoli sistemi temporalesche per poterne ricavare una teoria generale. Date queste premesse, ciò che viene comunemente fatto è classificare i meccanismi di caricamento in induttivi e non induttivi. Un altro tipo di classificazione che può essere fatta riguarda la fase delle gocce, anche se i processi ritenuti più efficienti avvengono in condizione di fase mista. Si cercherà di seguire la prima divisione, ponendo però particolare attenzione sui processi che coinvolgono collisioni ghiaccio/graupel. Verrà anche analizzato il meccanismo convettivo, l’unico a non collegare elettrificazione e crescita delle idrometeore, ma anche l’unico a creare un legame tra la dinamica convettiva e la struttura del campo di nube. Prima di tutto però è necessario stabilire i requisiti da soddisfare affinché la struttura elettrica di un temporale sia rispettata. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3.1 Caricamento Convettivo. Il primo a proporre una teoria di caricamento basata sulla convezione alla base della formazione del cumulonembo fu Wilson nella prima metà del 900. Egli suggerì che la cattura degli ioni da parte delle particelle di nube portasse all’iniziale elettrificazione nei temporali. Tale teoria venne perfezionata da Grenet (1947) e portata a compimento da Vonnegut (1955). Lo scenario risulta essere di questo tipo: l’updraft trasporta cariche positive dai bassi strati troposferici all’interno della nube durante la sua fase di cumulo. Il core della nube diviene così un polo di carica positiva. Sulla nube così elettrificata viene a formarsi un accumulo di carica negativa al top e sui buondary laterali per effetto del mescolamento turbolento che innesca la cattura, da parte delle gocce cariche positivamente, degli ioni atmosferici negativi. In seguito il downdraft, che si sviluppa principalmente lungo i lati esterni della nube, trasporta le cariche negative verso la base, in regioni via via più interne della nube stessa, sempre per gli effetti di mescolamento che coinvolgono i boundary. Con la nube che si accinge a terminare la fase di cumulo del suo processo evolutivo, si viene a formare un polo di carica negativa nella regione inferiore della nube stessa. Infine la carica negativa staziona nella regione inferiore della nube favorendo lo stesso fenomeno di interazione con gli ioni positivi atmosferici che si ha negli alti strati a cariche invertite, e che producono una schermatura attorno al boundary. Se il processo è molto intenso si viene a formare, sempre per interazione ionica, uno strato molto sottile di cariche positive alla base della nube che completa la struttura tripolare. Questo meccanismo è ben illustrato in gura 3.6. Il ciclo prosegue fintantoché l’updraft è in funzione, e di fatto col passare del tempo intensifica il campo elettrico della nube. Questo meccanismo presenta delle problematiche in quanto non esiste alcun processo di separazione di carica interno alla nube, come invece richiesto dai requisiti di Mason, che sia in grado di giustificare il perché le scariche accorrano soltanto dopo un certo tempo dalla formazione del temporale.

Figura 3.6: Meccanismo di caricamento della nube durante gli stadi di cumulo e maturo dell’evoluzione della nube stessa.

Riguardo la sua teoria Vonnegut stesso disse:

Se questa teoria è corretta, queste misurazioni dovrebbero rivelare grandi masse di aria carica elettricamente che si trovano ad una certa distanza dalla regione delle precipitazioni, una situazione che sarebbe improbabile se le precipitazioni fossero responsabili dell’elettrificazione… In alcuni casi ci si potrebbe aspettare che i campi si erano sviluppati prima che si formassero le particelle di precipitazione.

I limiti del modello proposto, alla luce di scoperte più recenti, risulta chiaro. Infatti sin dal 1956 grazie a Reynolds e Brook si capì che la rapida elettrificazione che nei temporali conduce alla formazione di scariche è associata alla crescita dei cristalli di ghiaccio. Misurazioni successive, da parte di Gaskell e Illingworth (1980) ad esempio, confermarono quest’ultima teoria. Risulta chiaro quindi che sebbene il caricamento per convezione sia plausibile, esso non è in grado di giustificare la produzione di scariche. Simulazioni numeriche riguardanti il solo modello convettivo vennero svolte nei primi anni 2000 da Helsdon et altri. I risultati indicavano un campo elettrico di intensità insufficiente in relazione a quanto osservato in nube. Inoltre esso inizia a dissiparsi in concomitanza dell’inizio dello stadio maturo, fase in cui invece il campo dovrebbe star crescendo. In ultimo, durante la sua fase dissipativa il campo di nube formerebbe, per effetto dell’interazione con gli ioni ambientali, una barriera contro la corrente di conduzione esterna. In definitiva si può affermare che la sola convezione non può essere un meccanismo che garantisce la produzione dei campi elettrici effettivamente rilevati nei temporali.

3.3.2 Processi induttivi. Per effetto del campo elettrico di bel tempo che persiste al di fuori della nube in qualsivoglia condizione meteorologica, le gocce e i cristalli in nube si polarizzano. Pertanto la carica indotta sarà positiva nell’emisfero Sud e negativa nell’emisfero Nord. La polarizzazione è alla base di alcuni meccanismi di caricamento attivi in nube.

Cattura selettiva di ioni Wilson (1929) propose un meccanismo induttivo in cui le gocce di nube polarizzate catturano ioni sospesi durante la fase di precipitazione. Quello che accade è che gli ioni negativi che si trovano nell’area spazzata dalla goccia vengono catturati grazie all’interazione con la carica positiva sull’emisfero Sud della goccia. Lo stesso processo, a segni inversi, si verifica anche nell’emisfero Nord, dove però l’efficienza di cattura è estremamente inferiore in quanto, perché la collisione avvenga, gli ioni devono avere una velocità terminale maggiore della goccia. Questo però comporta che gli ioni debbano essere degli aggregati piuttosto pesanti, il che rende meno efficiente la cattura in quanto cala la probabilità che si verifichi coalescenza tra ione e idrometeora. Oltretutto gli ioni positivi hanno una mobilità inferiore rispetto a quelli negativi, quindi le loro interazioni sono sfavorite. Per questo al netto la carica delle gocce risulta negativa. Questo meccanismo produce un campo elettrico massimo di 50kV m1, inferiore di quasi un ordine di grandezza a quanto si registra usualmente nei temporali. Le motivazioni sono essenzialmente due: la limitatezza del processo di carica e le velocità terminali. Nel primo caso si ha che la scarsa sufficiente carica negativa sedimentata sulla goccia inizierà ad attrarre ioni positivi, scaricandosi. Nel secondo caso il problema è di natura dinamica. La cattura, com’è stata concepita poc’anzi, è possibile soltanto finché la velocità terminale della goccia è maggiore di quella degli ioni (che viene calcolata moltiplicando l’intensità del campo elettrico per la mobilità ionica). Se ciò non accade l’interazione tra la goccia e gli ioni viene inibita dai processi di repulsione che si innescano dato che gli ioni negativi vengono respinti dall’emisfero Nord e quelli positivi hanno in genere una mobilità più ridotta. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3.3 Processi non induttivi. Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il caricamento delle particelle di nube può avvenire anche in assenza di un campo elettrico esterno. Ne esistono vari meccanismo che verranno descritti in questo paragrafo.

Effetto termoelettrico: Reynolds et al. (1957) ottennero evidenze sperimentali del fatto che cristalli di nube diventassero carichi in seguito a collisioni con altri cristalli aventi una temperatura diversa. Brook (1958) capì che il caricamento era dovuto alla diffusione degli ioni idrogeno per effetto del gradiente di temperatura che si viene a creare sulla superficie di contatto. Dato che gli ioni H+ hanno una mobilità superiore agli OH, per effetto della diffusione ionica il cristallo più freddo risulterà caricato positivamente e quello caldo negativamente. Latham e Mason (1961) costruirono un modello unidimensionale per riprodurre questo fenomeno. Assumendo un gradiente di temperatura stazionario per tutte le specie di cristalli di ghiaccio, hanno ricavato la differenza di potenziale tra i cristalli in collisione in condizioni stazionarie. Ottennero quindi un gradiente di potenziale rispetto alla temperatura pari a: dV/ dT = 1.9 [mV/ C] Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Potenziale di contatto

Parallelamente agli esperimenti di Reynolds et al. (1957) circa l’effetto termoelettrico, furono condotti una serie di sperimentazioni volte ad interpretare la separazione di carica non come una conseguenza della temperatura dei cristalli, ma in termini di differenza di potenziale. In generale infatti la carica trasportata dai cristalli non è distribuita uniformemente, perciò quando due cristalli entrano in contatto, per effetto di una collisione, le due superfici si troveranno ad un diverso potenziale. La differenza di potenziale che si perdura per tutta la durata del contatto favorisce il passaggio delle cariche tra i cristalli, caricandoli. Il caricamento è differente a seconda della temperatura delle superfici collidenti, dalla natura e dalla modalità di crescita delle particelle. I cristalli di ghiaccio si caricano positivamente in seguito a processi che prevedono collisione e in seguito diffusione della particella più grande a discapito di quella più piccola.

Se con tale meccanismo il cristallo più grande evapora invece di diffondere acquisirà una carica totale negativa. I due processi sono efficaci fintanto che ci si trova in un range di temperature al di fuori dell’intervallo tra 􀀀3C e 0C. In quest’ultimo range troviamo infatti il melting layer la cui influenza sul caricamento della nube verrà trattato in seguito. Questo prima forma di interazione però è scarsamente efficacie perché esclude tutte le particelle che diffondono o evaporano per effetti di riscaldamento o raffreddamento, per i quali il potenziale di contatto è ininfluente.

Un caricamento di questo tipo è efficacie solo quando si ha collisione tra cristalli di ghiaccio e una particella ghiacciata in fase di crescita diffusiva, in un ambiente ricco di acqua soprafusa. La separazione di carica che ne consegue oscilla tra 1 e 5 *104 C per collisione, e, senza riguardo per il segno di carica, non c’è correlazione diretta con la temperatura.

I cristalli rimed, ovvero cresciuti per diffusione in un ambiente ricco di acqua soprafusa, così formatisi avranno una carica negativa a temperature compresi tra 􀀀15 e 􀀀20C, e avranno carica positiva se compresi tra 􀀀5 e -10c ircC. In questo modo lo stesso meccanismo è in grado di spiegare la differenziazione dei poli di carica all’interno della nube, soprattutto per quanto riguarda in core e il melting layer della nube stessa. A causa della complessità del fenomeno, allo stato attuale delle conoscenze non esiste una teoria in grado di spiegare quantitativamente questo meccanismo. Le complessità derivano dalla natura molto variabile dei cristalli rimed, per i quali il meccanismo sembra essere molto efficiente, oltre al fatto che è necessario conoscere parametri difficili da stimare in nubi temporalesche come la velocità di impatto, l’angolo di impatto e la differenza di temperatura che accorre tra le due particelle in collisione. In mancanza di dati quantitativi non si può sapere se e con che efficienza il potenziale di contatto influisca nell’effettivo caricamento di una nube. L’unica cosa su cui si è certi è che questo meccanismo, grazie alle leggi che regolano l’elettrostatica, esiste.

Effetto Workman-Reynolds, Quando goccioline di acqua soprafusa vengono catturate da cristalli di ghiaccio in caduta, esse ghiacciano sulla superficie del cristallo. Il ghiacciamento può essere istantaneo o meno a seconda della temperatura della regione di nube in cui avviene la collisione e quella delle particelle coinvolte. Durante il processo di ghiacciamento viene a crearsi una differenza di potenziale tra cristallo e acqua in ghiacciamento, chiamato potenziale di interfaccia ghiaccio/acqua, che è funzione della tipologia e della quantità di ioni in soluzione e del rate di ghiacciamento. Il potenziale di interfaccia fu per primo misurato da Workman e Reynolds (1950), da cui il meccanismo prese il nome. Essi suggerirono che ci potesse essere una separazione di carica conseguente al distacco di goccioline d’acqua liquida in seguito alla collisione tra cristallo e gocciolina. In laboratorio è stato poi misurato tale potenziale in funzione del tempo da Caranti e Illingworth (1983), con risultati deludenti. Il meccanismo già in questi termini comporta una separazione di carica molto piccola. Oltretutto il potenziale di interfaccia è fortemente influenzato dagli ioni in soluzione, fatto che rende ancora più inefficiente il meccanismo. In conclusione l’effetto Workman-Reynolds non è in grado di spiegare la separazione di carica registrabile in un temporale.

Breakup. Durante i meccanismi di crescita, i cristalli di ghiaccio possono assumere svariate forme. Quelle più fragili sono caratterizzate da punte che si sviluppano a partire dal corpo centrale del cristallo verso l’esterno. I cristalli più comuni da questo punto di vista sono le dendriti. Le protuberanze sono molto fragili in quanto generalmente sottili e sono facilmente soggette a breakup, come risultato di collisioni con altre particelle o a causa delle forze idrodinamiche che tengono in sospensione il cristallo. In ogni caso in concomitanza di un processo di breakup si ha molto spesso una separazione di carica che, solitamente, lascia il corpo centrale del cristallo carico negativamente e le punte positivamente. Questo meccanismo da solo è insufficiente a giustificare separazioni di carica osservate. Mason (1971) propose quindi una collaborazione tra breakup ed eeffetto termoelettrico. Assunse infatti che il cristallo di ghiaccio si trovasse ad una temperatura fissa, mentre ciò che lo circondava fosse a temperatura ambiente. In questo modo aveva le condizioni giuste per sviluppare una differenza di temperatura superficiale ogni volta che il cristallo di ghiaccio urtava contro un’altra particella di nube. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Splintering durante il processo di Hallett-Mossop. Lo splintering12 del cristallo di ghiaccio ha destato grande interesse nel recente passato come possibile responsabile della separazione di carica. Latham e Mason (1961) notaronoche i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20􀀀90m di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono che i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20 90µm di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono condotti da Hallett e Saunders (1979) sfruttando il processo di Hallett-Mossop sviluppato 5 anni prima. Il processo di Hallett-Mossop è un’importante sorgente di particelle in nube, soprattutto nelle regioni in cui la temperatura è compresa tra -3C e – 8 C. Il meccanismo implica l’accretion di gocce d’acqua soprafusa da parte di idrometeore in cui è predominante la fase ghiaccio, siano esse cristalli, graupel o chicchi di grandine. L’acqua soprafusa ghiaccia istantaneamente sulla superficie ghiacciata. Se le condizioni sono favorevoli, l’aggregato può rompersi in più frammenti o può emettere goccioline in forma liquida che ghiacciano istantaneamente nell’ambiente esterno. I frammenti cresceranno rapidamente per diffusione in un ambiente ricco di vapore fino a formare nuovi cristalli che ricominceranno il ciclo. Al netto vengono formate grandi quantità di cristalli di ghiaccio.

Hallett e Saunders, come precedentemente accennato sfruttarono questo effetto per ricercare un meccanismo di caricamento della nube. Trovarono che i frammenti di ghiaccio sono carichi elettricamente. In fase di crescita il cristallo di ghiaccio si carica positivamente mentre in fase di sublimazione risulta carico negativamente, in accordo con quanto visto nel processo di elettrificazione coinvolgente il potenziale di contatto. Gli autori conclusero che il segno di carica fosse una diretta conseguenza dello stato fisico della superficie del cristallo e della pressione di vapore in rapporto a quella del vapore contenuto nella regione di nube di in cui si trova il cristallo. Il meccanismo descritto è insufficiente a spiegare la separazione di carica di un temporale in quanto la carica sui frammenti è troppo piccola e la crescita per diffusione non crei un accumulo di carica sufficiente.

Melting layer. Nonostante i cristalli di ghiaccio abbiano, nella maggior parte dei casi, un corpo principale caricato negativamente, le misure eseguite sulle gocce precipitanti al di fuori della nube rivelano una predominanza di cariche positive sulle gocce. Dinger e Gunn (1946) proposero un sistema di caricamento che coinvolgesse il melting layer. Mostrarono che cristalli di ghiaccio contenenti bolle d’aria, come ad esempio grandine o graupel, acquistano una carica positiva attraversando il melting. Drake (1968) dimostrò che il caricamento è dovuto all’espulsione di cariche negative dal cristallo per effetto dell’esplosione delle bolle d’aria che entrano in contatto con l’ambiente esterno durante i processi di scioglimento del ghiaccio in atto nel melting layer. Il caricamento è funzione del raggio delle bolle d’aria, il contenuto di ghiaccio delle bolle e del contenuto di ioni presenti nel melting. Il meccanismo prevede che le bolle a contatto con l’aria di nube interagisca con essa lasciando il corpo del cristallo carico. La carica positiva sul cristallo può spiegare lo strato inferiore della nube, ma il meccanismo è del tutto locale e non intuisce minimamente alla struttura elettrica dei livelli superiori.

3.3.4 Interazione cristallo/graupel.Un paragrafo a parte viene interamente dedicato al meccanismo non induttivo che coinvolge l’interazione tra una grossa particella di graupel e piccoli cristalli di ghiaccio in un ambiente ricco di acqua soprafusa, come mostrato in figura 3.8. Una graupel non è altro che un cristallo di ghiaccio che è cresciuto per interazione con acqua soprafusa, la quale entrando in contatto col cristallo, ghiaccia nell’istante in cui si spalma sulla sua superficie. Le condizioni mostrate in figura 3.8 sono estremamente comuni in nubi temporalesche, anche a diverse quote. Le graupel infatti sono particelle molto comuni in nubi di questo tipo, soprattutto alle medie latitudini, per cui è logico aspettarsi che siano coinvolte in un meccanismo di elettrificazione piuttosto proficuo. I primi studi a riguardo risalgono al 1978 e alle ricerche relative al processo di Hallett- Mossop. Fu noto fin da allora che la carica rinvenuta sui frammenti di ghiaccio, risultato del processo descritto in precedenza, fosse insufficiente a garantire l’elettrificazione richiesta. Tuttavia fu osservato un trasporto di carica via via crescente man mano che il frammento di ghiaccio aumentava il suo diametro. Inoltre fu osservata una prevalenza di cariche superficiali positive sul nuovo cristallo rimed al contrario di quanto mostrato da Reynolds et al. (1957) che usò la prevalenza di cariche negative su cristalli di questo tipo per spiegare una parte della struttura elettrica di nube. Fu Jayaratne (1983) a sciogliere ogni dubbio a riguardo mostrando che il segno di carica può essere positivo o negativo in funzione della temperatura e del contenuto di acqua liquida, come mostrato in figura 3.9.

Fig. 3.8

Riguardo la sua teoria Vonnegut stesso disse:

Se questa teoria è corretta, queste misurazioni dovrebbero rivelare grandi masse di aria carica elettricamente che si trovano ad una certa distanza dalla regione delle precipitazioni, una situazione che sarebbe improbabile se le precipitazioni fossero responsabili dell’elettrificazione… In alcuni casi ci si potrebbe aspettare che i campi si erano sviluppati prima che si formassero le particelle di precipitazione.

I limiti del modello proposto, alla luce di scoperte più recenti, risulta chiaro. Infatti sin dal 1956 grazie a Reynolds e Brook si capì che la rapida elettrificazione che nei temporali conduce alla formazione di scariche è associata alla crescita dei cristalli di ghiaccio. Misurazioni successive, da parte di Gaskell e Illingworth (1980) ad esempio, confermarono quest’ultima teoria. Risulta chiaro quindi che sebbene il caricamento per convezione sia plausibile, esso non è in grado di giustificare la produzione di scariche. Simulazioni numeriche riguardanti il solo modello convettivo vennero svolte nei primi anni 2000 da Helsdon et altri. I risultati indicavano un campo elettrico di intensità insufficiente in relazione a quanto osservato in nube. Inoltre esso inizia a dissiparsi in concomitanza dell’inizio dello stadio maturo, fase in cui invece il campo dovrebbe star crescendo. In ultimo, durante la sua fase dissipativa il campo di nube formerebbe, per effetto dell’interazione con gli ioni ambientali, una barriera contro la corrente di conduzione esterna. In definitiva si può affermare che la sola convezione non può essere un meccanismo che garantisce la produzione dei campi elettrici effettivamente rilevati nei temporali.

3.3.2 Processi induttivi. Per effetto del campo elettrico di bel tempo che persiste al di fuori della nube in qualsivoglia condizione meteorologica, le gocce e i cristalli in nube si polarizzano. Pertanto la carica indotta sarà positiva nell’emisfero Sud e negativa nell’emisfero Nord. La polarizzazione è alla base di alcuni meccanismi di caricamento attivi in nube.

Cattura selettiva di ioni Wilson (1929) propose un meccanismo induttivo in cui le gocce di nube polarizzate catturano ioni sospesi durante la fase di precipitazione. Quello che accade è che gli ioni negativi che si trovano nell’area spazzata dalla goccia vengono catturati grazie all’interazione con la carica positiva sull’emisfero Sud della goccia. Lo stesso processo, a segni inversi, si verifica anche nell’emisfero Nord, dove però l’efficienza di cattura è estremamente inferiore in quanto, perché la collisione avvenga, gli ioni devono avere una velocità terminale maggiore della goccia. Questo però comporta che gli ioni debbano essere degli aggregati piuttosto pesanti, il che rende meno efficiente la cattura in quanto cala la probabilità che si verifichi coalescenza tra ione e idrometeora. Oltretutto gli ioni positivi hanno una mobilità inferiore rispetto a quelli negativi, quindi le loro interazioni sono sfavorite. Per questo al netto la carica delle gocce risulta negativa. Questo meccanismo produce un campo elettrico massimo di 50kV m1, inferiore di quasi un ordine di grandezza a quanto si registra usualmente nei temporali. Le motivazioni sono essenzialmente due: la limitatezza del processo di carica e le velocità terminali. Nel primo caso si ha che la scarsa sufficiente carica negativa sedimentata sulla goccia inizierà ad attrarre ioni positivi, scaricandosi. Nel secondo caso il problema è di natura dinamica. La cattura, com’è stata concepita poc’anzi, è possibile soltanto finché la velocità terminale della goccia è maggiore di quella degli ioni (che viene calcolata moltiplicando l’intensità del campo elettrico per la mobilità ionica). Se ciò non accade l’interazione tra la goccia e gli ioni viene inibita dai processi di repulsione che si innescano dato che gli ioni negativi vengono respinti dall’emisfero Nord e quelli positivi hanno in genere una mobilità più ridotta. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3.3 Processi non induttivi. Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il caricamento delle particelle di nube può avvenire anche in assenza di un campo elettrico esterno. Ne esistono vari meccanismo che verranno descritti in questo paragrafo.

Effetto termoelettrico: Reynolds et al. (1957) ottennero evidenze sperimentali del fatto che cristalli di nube diventassero carichi in seguito a collisioni con altri cristalli aventi una temperatura diversa. Brook (1958) capì che il caricamento era dovuto alla diffusione degli ioni idrogeno per effetto del gradiente di temperatura che si viene a creare sulla superficie di contatto. Dato che gli ioni H+ hanno una mobilità superiore agli OH, per effetto della diffusione ionica il cristallo più freddo risulterà caricato positivamente e quello caldo negativamente. Latham e Mason (1961) costruirono un modello unidimensionale per riprodurre questo fenomeno. Assumendo un gradiente di temperatura stazionario per tutte le specie di cristalli di ghiaccio, hanno ricavato la differenza di potenziale tra i cristalli in collisione in condizioni stazionarie. Ottennero quindi un gradiente di potenziale rispetto alla temperatura pari a: dV/ dT = 1.9 [mV/ C] Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Potenziale di contatto

Parallelamente agli esperimenti di Reynolds et al. (1957) circa l’effetto termoelettrico, furono condotti una serie di sperimentazioni volte ad interpretare la separazione di carica non come una conseguenza della temperatura dei cristalli, ma in termini di differenza di potenziale. In generale infatti la carica trasportata dai cristalli non è distribuita uniformemente, perciò quando due cristalli entrano in contatto, per effetto di una collisione, le due superfici si troveranno ad un diverso potenziale. La differenza di potenziale che si perdura per tutta la durata del contatto favorisce il passaggio delle cariche tra i cristalli, caricandoli. Il caricamento è differente a seconda della temperatura delle superfici collidenti, dalla natura e dalla modalità di crescita delle particelle. I cristalli di ghiaccio si caricano positivamente in seguito a processi che prevedono collisione e in seguito diffusione della particella più grande a discapito di quella più piccola.

Se con tale meccanismo il cristallo più grande evapora invece di diffondere acquisirà una carica totale negativa. I due processi sono efficaci fintanto che ci si trova in un range di temperature al di fuori dell’intervallo tra 􀀀3C e 0C. In quest’ultimo range troviamo infatti il melting layer la cui influenza sul caricamento della nube verrà trattato in seguito. Questo prima forma di interazione però è scarsamente efficacie perché esclude tutte le particelle che diffondono o evaporano per effetti di riscaldamento o raffreddamento, per i quali il potenziale di contatto è ininfluente.

Un caricamento di questo tipo è efficacie solo quando si ha collisione tra cristalli di ghiaccio e una particella ghiacciata in fase di crescita diffusiva, in un ambiente ricco di acqua soprafusa. La separazione di carica che ne consegue oscilla tra 1 e 5 *104 C per collisione, e, senza riguardo per il segno di carica, non c’è correlazione diretta con la temperatura.

I cristalli rimed, ovvero cresciuti per diffusione in un ambiente ricco di acqua soprafusa, così formatisi avranno una carica negativa a temperature compresi tra 􀀀15 e 􀀀20C, e avranno carica positiva se compresi tra 􀀀5 e -10c ircC. In questo modo lo stesso meccanismo è in grado di spiegare la differenziazione dei poli di carica all’interno della nube, soprattutto per quanto riguarda in core e il melting layer della nube stessa. A causa della complessità del fenomeno, allo stato attuale delle conoscenze non esiste una teoria in grado di spiegare quantitativamente questo meccanismo. Le complessità derivano dalla natura molto variabile dei cristalli rimed, per i quali il meccanismo sembra essere molto efficiente, oltre al fatto che è necessario conoscere parametri difficili da stimare in nubi temporalesche come la velocità di impatto, l’angolo di impatto e la differenza di temperatura che accorre tra le due particelle in collisione. In mancanza di dati quantitativi non si può sapere se e con che efficienza il potenziale di contatto influisca nell’effettivo caricamento di una nube. L’unica cosa su cui si è certi è che questo meccanismo, grazie alle leggi che regolano l’elettrostatica, esiste.

Effetto Workman-Reynolds, Quando goccioline di acqua soprafusa vengono catturate da cristalli di ghiaccio in caduta, esse ghiacciano sulla superficie del cristallo. Il ghiacciamento può essere istantaneo o meno a seconda della temperatura della regione di nube in cui avviene la collisione e quella delle particelle coinvolte. Durante il processo di ghiacciamento viene a crearsi una differenza di potenziale tra cristallo e acqua in ghiacciamento, chiamato potenziale di interfaccia ghiaccio/acqua, che è funzione della tipologia e della quantità di ioni in soluzione e del rate di ghiacciamento. Il potenziale di interfaccia fu per primo misurato da Workman e Reynolds (1950), da cui il meccanismo prese il nome. Essi suggerirono che ci potesse essere una separazione di carica conseguente al distacco di goccioline d’acqua liquida in seguito alla collisione tra cristallo e gocciolina. In laboratorio è stato poi misurato tale potenziale in funzione del tempo da Caranti e Illingworth (1983), con risultati deludenti. Il meccanismo già in questi termini comporta una separazione di carica molto piccola. Oltretutto il potenziale di interfaccia è fortemente influenzato dagli ioni in soluzione, fatto che rende ancora più inefficiente il meccanismo. In conclusione l’effetto Workman-Reynolds non è in grado di spiegare la separazione di carica registrabile in un temporale.

Breakup. Durante i meccanismi di crescita, i cristalli di ghiaccio possono assumere svariate forme. Quelle più fragili sono caratterizzate da punte che si sviluppano a partire dal corpo centrale del cristallo verso l’esterno. I cristalli più comuni da questo punto di vista sono le dendriti. Le protuberanze sono molto fragili in quanto generalmente sottili e sono facilmente soggette a breakup, come risultato di collisioni con altre particelle o a causa delle forze idrodinamiche che tengono in sospensione il cristallo. In ogni caso in concomitanza di un processo di breakup si ha molto spesso una separazione di carica che, solitamente, lascia il corpo centrale del cristallo carico negativamente e le punte positivamente. Questo meccanismo da solo è insufficiente a giustificare separazioni di carica osservate. Mason (1971) propose quindi una collaborazione tra breakup ed eeffetto termoelettrico. Assunse infatti che il cristallo di ghiaccio si trovasse ad una temperatura fissa, mentre ciò che lo circondava fosse a temperatura ambiente. In questo modo aveva le condizioni giuste per sviluppare una differenza di temperatura superficiale ogni volta che il cristallo di ghiaccio urtava contro un’altra particella di nube. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Splintering durante il processo di Hallett-Mossop. Lo splintering12 del cristallo di ghiaccio ha destato grande interesse nel recente passato come possibile responsabile della separazione di carica. Latham e Mason (1961) notaronoche i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20􀀀90m di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono che i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20 90µm di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono condotti da Hallett e Saunders (1979) sfruttando il processo di Hallett-Mossop sviluppato 5 anni prima. Il processo di Hallett-Mossop è un’importante sorgente di particelle in nube, soprattutto nelle regioni in cui la temperatura è compresa tra -3C e – 8 C. Il meccanismo implica l’accretion di gocce d’acqua soprafusa da parte di idrometeore in cui è predominante la fase ghiaccio, siano esse cristalli, graupel o chicchi di grandine. L’acqua soprafusa ghiaccia istantaneamente sulla superficie ghiacciata. Se le condizioni sono favorevoli, l’aggregato può rompersi in più frammenti o può emettere goccioline in forma liquida che ghiacciano istantaneamente nell’ambiente esterno. I frammenti cresceranno rapidamente per diffusione in un ambiente ricco di vapore fino a formare nuovi cristalli che ricominceranno il ciclo. Al netto vengono formate grandi quantità di cristalli di ghiaccio.

Hallett e Saunders, come precedentemente accennato sfruttarono questo effetto per ricercare un meccanismo di caricamento della nube. Trovarono che i frammenti di ghiaccio sono carichi elettricamente. In fase di crescita il cristallo di ghiaccio si carica positivamente mentre in fase di sublimazione risulta carico negativamente, in accordo con quanto visto nel processo di elettrificazione coinvolgente il potenziale di contatto. Gli autori conclusero che il segno di carica fosse una diretta conseguenza dello stato fisico della superficie del cristallo e della pressione di vapore in rapporto a quella del vapore contenuto nella regione di nube di in cui si trova il cristallo. Il meccanismo descritto è insufficiente a spiegare la separazione di carica di un temporale in quanto la carica sui frammenti è troppo piccola e la crescita per diffusione non crei un accumulo di carica sufficiente.

Melting layer. Nonostante i cristalli di ghiaccio abbiano, nella maggior parte dei casi, un corpo principale caricato negativamente, le misure eseguite sulle gocce precipitanti al di fuori della nube rivelano una predominanza di cariche positive sulle gocce. Dinger e Gunn (1946) proposero un sistema di caricamento che coinvolgesse il melting layer. Mostrarono che cristalli di ghiaccio contenenti bolle d’aria, come ad esempio grandine o graupel, acquistano una carica positiva attraversando il melting. Drake (1968) dimostrò che il caricamento è dovuto all’espulsione di cariche negative dal cristallo per effetto dell’esplosione delle bolle d’aria che entrano in contatto con l’ambiente esterno durante i processi di scioglimento del ghiaccio in atto nel melting layer. Il caricamento è funzione del raggio delle bolle d’aria, il contenuto di ghiaccio delle bolle e del contenuto di ioni presenti nel melting. Il meccanismo prevede che le bolle a contatto con l’aria di nube interagisca con essa lasciando il corpo del cristallo carico. La carica positiva sul cristallo può spiegare lo strato inferiore della nube, ma il meccanismo è del tutto locale e non intuisce minimamente alla struttura elettrica dei livelli superiori.

3.3.4 Interazione cristallo/graupel.Un paragrafo a parte viene interamente dedicato al meccanismo non induttivo che coinvolge l’interazione tra una grossa particella di graupel e piccoli cristalli di ghiaccio in un ambiente ricco di acqua soprafusa, come mostrato in figura 3.8. Una graupel non è altro che un cristallo di ghiaccio che è cresciuto per interazione con acqua soprafusa, la quale entrando in contatto col cristallo, ghiaccia nell’istante in cui si spalma sulla sua superficie. Le condizioni mostrate in figura 3.8 sono estremamente comuni in nubi temporalesche, anche a diverse quote. Le graupel infatti sono particelle molto comuni in nubi di questo tipo, soprattutto alle medie latitudini, per cui è logico aspettarsi che siano coinvolte in un meccanismo di elettrificazione piuttosto proficuo. I primi studi a riguardo risalgono al 1978 e alle ricerche relative al processo di Hallett- Mossop. Fu noto fin da allora che la carica rinvenuta sui frammenti di ghiaccio, risultato del processo descritto in precedenza, fosse insufficiente a garantire l’elettrificazione richiesta. Tuttavia fu osservato un trasporto di carica via via crescente man mano che il frammento di ghiaccio aumentava il suo diametro. Inoltre fu osservata una prevalenza di cariche superficiali positive sul nuovo cristallo rimed al contrario di quanto mostrato da Reynolds et al. (1957) che usò la prevalenza di cariche negative su cristalli di questo tipo per spiegare una parte della struttura elettrica di nube. Fu Jayaratne (1983) a sciogliere ogni dubbio a riguardo mostrando che il segno di carica può essere positivo o negativo in funzione della temperatura e del contenuto di acqua liquida, come mostrato in figura 3.9.

Fig. 3.8

Riguardo la sua teoria Vonnegut stesso disse:

Se questa teoria è corretta, queste misurazioni dovrebbero rivelare grandi masse di aria carica elettricamente che si trovano ad una certa distanza dalla regione delle precipitazioni, una situazione che sarebbe improbabile se le precipitazioni fossero responsabili dell’elettrificazione… In alcuni casi ci si potrebbe aspettare che i campi si erano sviluppati prima che si formassero le particelle di precipitazione.

I limiti del modello proposto, alla luce di scoperte più recenti, risulta chiaro. Infatti sin dal 1956 grazie a Reynolds e Brook si capì che la rapida elettrificazione che nei temporali conduce alla formazione di scariche è associata alla crescita dei cristalli di ghiaccio. Misurazioni successive, da parte di Gaskell e Illingworth (1980) ad esempio, confermarono quest’ultima teoria. Risulta chiaro quindi che sebbene il caricamento per convezione sia plausibile, esso non è in grado di giustificare la produzione di scariche. Simulazioni numeriche riguardanti il solo modello convettivo vennero svolte nei primi anni 2000 da Helsdon et altri. I risultati indicavano un campo elettrico di intensità insufficiente in relazione a quanto osservato in nube. Inoltre esso inizia a dissiparsi in concomitanza dell’inizio dello stadio maturo, fase in cui invece il campo dovrebbe star crescendo. In ultimo, durante la sua fase dissipativa il campo di nube formerebbe, per effetto dell’interazione con gli ioni ambientali, una barriera contro la corrente di conduzione esterna. In definitiva si può affermare che la sola convezione non può essere un meccanismo che garantisce la produzione dei campi elettrici effettivamente rilevati nei temporali.

3.3.2 Processi induttivi. Per effetto del campo elettrico di bel tempo che persiste al di fuori della nube in qualsivoglia condizione meteorologica, le gocce e i cristalli in nube si polarizzano. Pertanto la carica indotta sarà positiva nell’emisfero Sud e negativa nell’emisfero Nord. La polarizzazione è alla base di alcuni meccanismi di caricamento attivi in nube.

Cattura selettiva di ioni Wilson (1929) propose un meccanismo induttivo in cui le gocce di nube polarizzate catturano ioni sospesi durante la fase di precipitazione. Quello che accade è che gli ioni negativi che si trovano nell’area spazzata dalla goccia vengono catturati grazie all’interazione con la carica positiva sull’emisfero Sud della goccia. Lo stesso processo, a segni inversi, si verifica anche nell’emisfero Nord, dove però l’efficienza di cattura è estremamente inferiore in quanto, perché la collisione avvenga, gli ioni devono avere una velocità terminale maggiore della goccia. Questo però comporta che gli ioni debbano essere degli aggregati piuttosto pesanti, il che rende meno efficiente la cattura in quanto cala la probabilità che si verifichi coalescenza tra ione e idrometeora. Oltretutto gli ioni positivi hanno una mobilità inferiore rispetto a quelli negativi, quindi le loro interazioni sono sfavorite. Per questo al netto la carica delle gocce risulta negativa. Questo meccanismo produce un campo elettrico massimo di 50kV m1, inferiore di quasi un ordine di grandezza a quanto si registra usualmente nei temporali. Le motivazioni sono essenzialmente due: la limitatezza del processo di carica e le velocità terminali. Nel primo caso si ha che la scarsa sufficiente carica negativa sedimentata sulla goccia inizierà ad attrarre ioni positivi, scaricandosi. Nel secondo caso il problema è di natura dinamica. La cattura, com’è stata concepita poc’anzi, è possibile soltanto finché la velocità terminale della goccia è maggiore di quella degli ioni (che viene calcolata moltiplicando l’intensità del campo elettrico per la mobilità ionica). Se ciò non accade l’interazione tra la goccia e gli ioni viene inibita dai processi di repulsione che si innescano dato che gli ioni negativi vengono respinti dall’emisfero Nord e quelli positivi hanno in genere una mobilità più ridotta. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3.3 Processi non induttivi. Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il caricamento delle particelle di nube può avvenire anche in assenza di un campo elettrico esterno. Ne esistono vari meccanismo che verranno descritti in questo paragrafo.

Effetto termoelettrico: Reynolds et al. (1957) ottennero evidenze sperimentali del fatto che cristalli di nube diventassero carichi in seguito a collisioni con altri cristalli aventi una temperatura diversa. Brook (1958) capì che il caricamento era dovuto alla diffusione degli ioni idrogeno per effetto del gradiente di temperatura che si viene a creare sulla superficie di contatto. Dato che gli ioni H+ hanno una mobilità superiore agli OH, per effetto della diffusione ionica il cristallo più freddo risulterà caricato positivamente e quello caldo negativamente. Latham e Mason (1961) costruirono un modello unidimensionale per riprodurre questo fenomeno. Assumendo un gradiente di temperatura stazionario per tutte le specie di cristalli di ghiaccio, hanno ricavato la differenza di potenziale tra i cristalli in collisione in condizioni stazionarie. Ottennero quindi un gradiente di potenziale rispetto alla temperatura pari a: dV/ dT = 1.9 [mV/ C] Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Potenziale di contatto

Parallelamente agli esperimenti di Reynolds et al. (1957) circa l’effetto termoelettrico, furono condotti una serie di sperimentazioni volte ad interpretare la separazione di carica non come una conseguenza della temperatura dei cristalli, ma in termini di differenza di potenziale. In generale infatti la carica trasportata dai cristalli non è distribuita uniformemente, perciò quando due cristalli entrano in contatto, per effetto di una collisione, le due superfici si troveranno ad un diverso potenziale. La differenza di potenziale che si perdura per tutta la durata del contatto favorisce il passaggio delle cariche tra i cristalli, caricandoli. Il caricamento è differente a seconda della temperatura delle superfici collidenti, dalla natura e dalla modalità di crescita delle particelle. I cristalli di ghiaccio si caricano positivamente in seguito a processi che prevedono collisione e in seguito diffusione della particella più grande a discapito di quella più piccola.

Se con tale meccanismo il cristallo più grande evapora invece di diffondere acquisirà una carica totale negativa. I due processi sono efficaci fintanto che ci si trova in un range di temperature al di fuori dell’intervallo tra 􀀀3C e 0C. In quest’ultimo range troviamo infatti il melting layer la cui influenza sul caricamento della nube verrà trattato in seguito. Questo prima forma di interazione però è scarsamente efficacie perché esclude tutte le particelle che diffondono o evaporano per effetti di riscaldamento o raffreddamento, per i quali il potenziale di contatto è ininfluente.

Un caricamento di questo tipo è efficacie solo quando si ha collisione tra cristalli di ghiaccio e una particella ghiacciata in fase di crescita diffusiva, in un ambiente ricco di acqua soprafusa. La separazione di carica che ne consegue oscilla tra 1 e 5 *104 C per collisione, e, senza riguardo per il segno di carica, non c’è correlazione diretta con la temperatura.

I cristalli rimed, ovvero cresciuti per diffusione in un ambiente ricco di acqua soprafusa, così formatisi avranno una carica negativa a temperature compresi tra 􀀀15 e 􀀀20C, e avranno carica positiva se compresi tra 􀀀5 e -10c ircC. In questo modo lo stesso meccanismo è in grado di spiegare la differenziazione dei poli di carica all’interno della nube, soprattutto per quanto riguarda in core e il melting layer della nube stessa. A causa della complessità del fenomeno, allo stato attuale delle conoscenze non esiste una teoria in grado di spiegare quantitativamente questo meccanismo. Le complessità derivano dalla natura molto variabile dei cristalli rimed, per i quali il meccanismo sembra essere molto efficiente, oltre al fatto che è necessario conoscere parametri difficili da stimare in nubi temporalesche come la velocità di impatto, l’angolo di impatto e la differenza di temperatura che accorre tra le due particelle in collisione. In mancanza di dati quantitativi non si può sapere se e con che efficienza il potenziale di contatto influisca nell’effettivo caricamento di una nube. L’unica cosa su cui si è certi è che questo meccanismo, grazie alle leggi che regolano l’elettrostatica, esiste.

Effetto Workman-Reynolds, Quando goccioline di acqua soprafusa vengono catturate da cristalli di ghiaccio in caduta, esse ghiacciano sulla superficie del cristallo. Il ghiacciamento può essere istantaneo o meno a seconda della temperatura della regione di nube in cui avviene la collisione e quella delle particelle coinvolte. Durante il processo di ghiacciamento viene a crearsi una differenza di potenziale tra cristallo e acqua in ghiacciamento, chiamato potenziale di interfaccia ghiaccio/acqua, che è funzione della tipologia e della quantità di ioni in soluzione e del rate di ghiacciamento. Il potenziale di interfaccia fu per primo misurato da Workman e Reynolds (1950), da cui il meccanismo prese il nome. Essi suggerirono che ci potesse essere una separazione di carica conseguente al distacco di goccioline d’acqua liquida in seguito alla collisione tra cristallo e gocciolina. In laboratorio è stato poi misurato tale potenziale in funzione del tempo da Caranti e Illingworth (1983), con risultati deludenti. Il meccanismo già in questi termini comporta una separazione di carica molto piccola. Oltretutto il potenziale di interfaccia è fortemente influenzato dagli ioni in soluzione, fatto che rende ancora più inefficiente il meccanismo. In conclusione l’effetto Workman-Reynolds non è in grado di spiegare la separazione di carica registrabile in un temporale.

Breakup. Durante i meccanismi di crescita, i cristalli di ghiaccio possono assumere svariate forme. Quelle più fragili sono caratterizzate da punte che si sviluppano a partire dal corpo centrale del cristallo verso l’esterno. I cristalli più comuni da questo punto di vista sono le dendriti. Le protuberanze sono molto fragili in quanto generalmente sottili e sono facilmente soggette a breakup, come risultato di collisioni con altre particelle o a causa delle forze idrodinamiche che tengono in sospensione il cristallo. In ogni caso in concomitanza di un processo di breakup si ha molto spesso una separazione di carica che, solitamente, lascia il corpo centrale del cristallo carico negativamente e le punte positivamente. Questo meccanismo da solo è insufficiente a giustificare separazioni di carica osservate. Mason (1971) propose quindi una collaborazione tra breakup ed eeffetto termoelettrico. Assunse infatti che il cristallo di ghiaccio si trovasse ad una temperatura fissa, mentre ciò che lo circondava fosse a temperatura ambiente. In questo modo aveva le condizioni giuste per sviluppare una differenza di temperatura superficiale ogni volta che il cristallo di ghiaccio urtava contro un’altra particella di nube. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Splintering durante il processo di Hallett-Mossop. Lo splintering12 del cristallo di ghiaccio ha destato grande interesse nel recente passato come possibile responsabile della separazione di carica. Latham e Mason (1961) notaronoche i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20􀀀90m di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono che i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20 90µm di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono condotti da Hallett e Saunders (1979) sfruttando il processo di Hallett-Mossop sviluppato 5 anni prima. Il processo di Hallett-Mossop è un’importante sorgente di particelle in nube, soprattutto nelle regioni in cui la temperatura è compresa tra -3C e – 8 C. Il meccanismo implica l’accretion di gocce d’acqua soprafusa da parte di idrometeore in cui è predominante la fase ghiaccio, siano esse cristalli, graupel o chicchi di grandine. L’acqua soprafusa ghiaccia istantaneamente sulla superficie ghiacciata. Se le condizioni sono favorevoli, l’aggregato può rompersi in più frammenti o può emettere goccioline in forma liquida che ghiacciano istantaneamente nell’ambiente esterno. I frammenti cresceranno rapidamente per diffusione in un ambiente ricco di vapore fino a formare nuovi cristalli che ricominceranno il ciclo. Al netto vengono formate grandi quantità di cristalli di ghiaccio.

Hallett e Saunders, come precedentemente accennato sfruttarono questo effetto per ricercare un meccanismo di caricamento della nube. Trovarono che i frammenti di ghiaccio sono carichi elettricamente. In fase di crescita il cristallo di ghiaccio si carica positivamente mentre in fase di sublimazione risulta carico negativamente, in accordo con quanto visto nel processo di elettrificazione coinvolgente il potenziale di contatto. Gli autori conclusero che il segno di carica fosse una diretta conseguenza dello stato fisico della superficie del cristallo e della pressione di vapore in rapporto a quella del vapore contenuto nella regione di nube di in cui si trova il cristallo. Il meccanismo descritto è insufficiente a spiegare la separazione di carica di un temporale in quanto la carica sui frammenti è troppo piccola e la crescita per diffusione non crei un accumulo di carica sufficiente.

Melting layer. Nonostante i cristalli di ghiaccio abbiano, nella maggior parte dei casi, un corpo principale caricato negativamente, le misure eseguite sulle gocce precipitanti al di fuori della nube rivelano una predominanza di cariche positive sulle gocce. Dinger e Gunn (1946) proposero un sistema di caricamento che coinvolgesse il melting layer. Mostrarono che cristalli di ghiaccio contenenti bolle d’aria, come ad esempio grandine o graupel, acquistano una carica positiva attraversando il melting. Drake (1968) dimostrò che il caricamento è dovuto all’espulsione di cariche negative dal cristallo per effetto dell’esplosione delle bolle d’aria che entrano in contatto con l’ambiente esterno durante i processi di scioglimento del ghiaccio in atto nel melting layer. Il caricamento è funzione del raggio delle bolle d’aria, il contenuto di ghiaccio delle bolle e del contenuto di ioni presenti nel melting. Il meccanismo prevede che le bolle a contatto con l’aria di nube interagisca con essa lasciando il corpo del cristallo carico. La carica positiva sul cristallo può spiegare lo strato inferiore della nube, ma il meccanismo è del tutto locale e non intuisce minimamente alla struttura elettrica dei livelli superiori.

3.3.4 Interazione cristallo/graupel.Un paragrafo a parte viene interamente dedicato al meccanismo non induttivo che coinvolge l’interazione tra una grossa particella di graupel e piccoli cristalli di ghiaccio in un ambiente ricco di acqua soprafusa, come mostrato in figura 3.8. Una graupel non è altro che un cristallo di ghiaccio che è cresciuto per interazione con acqua soprafusa, la quale entrando in contatto col cristallo, ghiaccia nell’istante in cui si spalma sulla sua superficie. Le condizioni mostrate in figura 3.8 sono estremamente comuni in nubi temporalesche, anche a diverse quote. Le graupel infatti sono particelle molto comuni in nubi di questo tipo, soprattutto alle medie latitudini, per cui è logico aspettarsi che siano coinvolte in un meccanismo di elettrificazione piuttosto proficuo. I primi studi a riguardo risalgono al 1978 e alle ricerche relative al processo di Hallett- Mossop. Fu noto fin da allora che la carica rinvenuta sui frammenti di ghiaccio, risultato del processo descritto in precedenza, fosse insufficiente a garantire l’elettrificazione richiesta. Tuttavia fu osservato un trasporto di carica via via crescente man mano che il frammento di ghiaccio aumentava il suo diametro. Inoltre fu osservata una prevalenza di cariche superficiali positive sul nuovo cristallo rimed al contrario di quanto mostrato da Reynolds et al. (1957) che usò la prevalenza di cariche negative su cristalli di questo tipo per spiegare una parte della struttura elettrica di nube. Fu Jayaratne (1983) a sciogliere ogni dubbio a riguardo mostrando che il segno di carica può essere positivo o negativo in funzione della temperatura e del contenuto di acqua liquida, come mostrato in figura 3.9.

Fig. 3.8

Riguardo la sua teoria Vonnegut stesso disse:

Se questa teoria è corretta, queste misurazioni dovrebbero rivelare grandi masse di aria carica elettricamente che si trovano ad una certa distanza dalla regione delle precipitazioni, una situazione che sarebbe improbabile se le precipitazioni fossero responsabili dell’elettrificazione… In alcuni casi ci si potrebbe aspettare che i campi si erano sviluppati prima che si formassero le particelle di precipitazione.

I limiti del modello proposto, alla luce di scoperte più recenti, risulta chiaro. Infatti sin dal 1956 grazie a Reynolds e Brook si capì che la rapida elettrificazione che nei temporali conduce alla formazione di scariche è associata alla crescita dei cristalli di ghiaccio. Misurazioni successive, da parte di Gaskell e Illingworth (1980) ad esempio, confermarono quest’ultima teoria. Risulta chiaro quindi che sebbene il caricamento per convezione sia plausibile, esso non è in grado di giustificare la produzione di scariche. Simulazioni numeriche riguardanti il solo modello convettivo vennero svolte nei primi anni 2000 da Helsdon et altri. I risultati indicavano un campo elettrico di intensità insufficiente in relazione a quanto osservato in nube. Inoltre esso inizia a dissiparsi in concomitanza dell’inizio dello stadio maturo, fase in cui invece il campo dovrebbe star crescendo. In ultimo, durante la sua fase dissipativa il campo di nube formerebbe, per effetto dell’interazione con gli ioni ambientali, una barriera contro la corrente di conduzione esterna. In definitiva si può affermare che la sola convezione non può essere un meccanismo che garantisce la produzione dei campi elettrici effettivamente rilevati nei temporali.

3.3.2 Processi induttivi. Per effetto del campo elettrico di bel tempo che persiste al di fuori della nube in qualsivoglia condizione meteorologica, le gocce e i cristalli in nube si polarizzano. Pertanto la carica indotta sarà positiva nell’emisfero Sud e negativa nell’emisfero Nord. La polarizzazione è alla base di alcuni meccanismi di caricamento attivi in nube.

Cattura selettiva di ioni Wilson (1929) propose un meccanismo induttivo in cui le gocce di nube polarizzate catturano ioni sospesi durante la fase di precipitazione. Quello che accade è che gli ioni negativi che si trovano nell’area spazzata dalla goccia vengono catturati grazie all’interazione con la carica positiva sull’emisfero Sud della goccia. Lo stesso processo, a segni inversi, si verifica anche nell’emisfero Nord, dove però l’efficienza di cattura è estremamente inferiore in quanto, perché la collisione avvenga, gli ioni devono avere una velocità terminale maggiore della goccia. Questo però comporta che gli ioni debbano essere degli aggregati piuttosto pesanti, il che rende meno efficiente la cattura in quanto cala la probabilità che si verifichi coalescenza tra ione e idrometeora. Oltretutto gli ioni positivi hanno una mobilità inferiore rispetto a quelli negativi, quindi le loro interazioni sono sfavorite. Per questo al netto la carica delle gocce risulta negativa. Questo meccanismo produce un campo elettrico massimo di 50kV m1, inferiore di quasi un ordine di grandezza a quanto si registra usualmente nei temporali. Le motivazioni sono essenzialmente due: la limitatezza del processo di carica e le velocità terminali. Nel primo caso si ha che la scarsa sufficiente carica negativa sedimentata sulla goccia inizierà ad attrarre ioni positivi, scaricandosi. Nel secondo caso il problema è di natura dinamica. La cattura, com’è stata concepita poc’anzi, è possibile soltanto finché la velocità terminale della goccia è maggiore di quella degli ioni (che viene calcolata moltiplicando l’intensità del campo elettrico per la mobilità ionica). Se ciò non accade l’interazione tra la goccia e gli ioni viene inibita dai processi di repulsione che si innescano dato che gli ioni negativi vengono respinti dall’emisfero Nord e quelli positivi hanno in genere una mobilità più ridotta. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3.3 Processi non induttivi. Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il caricamento delle particelle di nube può avvenire anche in assenza di un campo elettrico esterno. Ne esistono vari meccanismo che verranno descritti in questo paragrafo.

Effetto termoelettrico: Reynolds et al. (1957) ottennero evidenze sperimentali del fatto che cristalli di nube diventassero carichi in seguito a collisioni con altri cristalli aventi una temperatura diversa. Brook (1958) capì che il caricamento era dovuto alla diffusione degli ioni idrogeno per effetto del gradiente di temperatura che si viene a creare sulla superficie di contatto. Dato che gli ioni H+ hanno una mobilità superiore agli OH, per effetto della diffusione ionica il cristallo più freddo risulterà caricato positivamente e quello caldo negativamente. Latham e Mason (1961) costruirono un modello unidimensionale per riprodurre questo fenomeno. Assumendo un gradiente di temperatura stazionario per tutte le specie di cristalli di ghiaccio, hanno ricavato la differenza di potenziale tra i cristalli in collisione in condizioni stazionarie. Ottennero quindi un gradiente di potenziale rispetto alla temperatura pari a: dV/ dT = 1.9 [mV/ C] Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Potenziale di contatto

Parallelamente agli esperimenti di Reynolds et al. (1957) circa l’effetto termoelettrico, furono condotti una serie di sperimentazioni volte ad interpretare la separazione di carica non come una conseguenza della temperatura dei cristalli, ma in termini di differenza di potenziale. In generale infatti la carica trasportata dai cristalli non è distribuita uniformemente, perciò quando due cristalli entrano in contatto, per effetto di una collisione, le due superfici si troveranno ad un diverso potenziale. La differenza di potenziale che si perdura per tutta la durata del contatto favorisce il passaggio delle cariche tra i cristalli, caricandoli. Il caricamento è differente a seconda della temperatura delle superfici collidenti, dalla natura e dalla modalità di crescita delle particelle. I cristalli di ghiaccio si caricano positivamente in seguito a processi che prevedono collisione e in seguito diffusione della particella più grande a discapito di quella più piccola.

Se con tale meccanismo il cristallo più grande evapora invece di diffondere acquisirà una carica totale negativa. I due processi sono efficaci fintanto che ci si trova in un range di temperature al di fuori dell’intervallo tra 􀀀3C e 0C. In quest’ultimo range troviamo infatti il melting layer la cui influenza sul caricamento della nube verrà trattato in seguito. Questo prima forma di interazione però è scarsamente efficacie perché esclude tutte le particelle che diffondono o evaporano per effetti di riscaldamento o raffreddamento, per i quali il potenziale di contatto è ininfluente.

Un caricamento di questo tipo è efficacie solo quando si ha collisione tra cristalli di ghiaccio e una particella ghiacciata in fase di crescita diffusiva, in un ambiente ricco di acqua soprafusa. La separazione di carica che ne consegue oscilla tra 1 e 5 *104 C per collisione, e, senza riguardo per il segno di carica, non c’è correlazione diretta con la temperatura.

I cristalli rimed, ovvero cresciuti per diffusione in un ambiente ricco di acqua soprafusa, così formatisi avranno una carica negativa a temperature compresi tra 􀀀15 e 􀀀20C, e avranno carica positiva se compresi tra 􀀀5 e -10c ircC. In questo modo lo stesso meccanismo è in grado di spiegare la differenziazione dei poli di carica all’interno della nube, soprattutto per quanto riguarda in core e il melting layer della nube stessa. A causa della complessità del fenomeno, allo stato attuale delle conoscenze non esiste una teoria in grado di spiegare quantitativamente questo meccanismo. Le complessità derivano dalla natura molto variabile dei cristalli rimed, per i quali il meccanismo sembra essere molto efficiente, oltre al fatto che è necessario conoscere parametri difficili da stimare in nubi temporalesche come la velocità di impatto, l’angolo di impatto e la differenza di temperatura che accorre tra le due particelle in collisione. In mancanza di dati quantitativi non si può sapere se e con che efficienza il potenziale di contatto influisca nell’effettivo caricamento di una nube. L’unica cosa su cui si è certi è che questo meccanismo, grazie alle leggi che regolano l’elettrostatica, esiste.

Effetto Workman-Reynolds, Quando goccioline di acqua soprafusa vengono catturate da cristalli di ghiaccio in caduta, esse ghiacciano sulla superficie del cristallo. Il ghiacciamento può essere istantaneo o meno a seconda della temperatura della regione di nube in cui avviene la collisione e quella delle particelle coinvolte. Durante il processo di ghiacciamento viene a crearsi una differenza di potenziale tra cristallo e acqua in ghiacciamento, chiamato potenziale di interfaccia ghiaccio/acqua, che è funzione della tipologia e della quantità di ioni in soluzione e del rate di ghiacciamento. Il potenziale di interfaccia fu per primo misurato da Workman e Reynolds (1950), da cui il meccanismo prese il nome. Essi suggerirono che ci potesse essere una separazione di carica conseguente al distacco di goccioline d’acqua liquida in seguito alla collisione tra cristallo e gocciolina. In laboratorio è stato poi misurato tale potenziale in funzione del tempo da Caranti e Illingworth (1983), con risultati deludenti. Il meccanismo già in questi termini comporta una separazione di carica molto piccola. Oltretutto il potenziale di interfaccia è fortemente influenzato dagli ioni in soluzione, fatto che rende ancora più inefficiente il meccanismo. In conclusione l’effetto Workman-Reynolds non è in grado di spiegare la separazione di carica registrabile in un temporale.

Breakup. Durante i meccanismi di crescita, i cristalli di ghiaccio possono assumere svariate forme. Quelle più fragili sono caratterizzate da punte che si sviluppano a partire dal corpo centrale del cristallo verso l’esterno. I cristalli più comuni da questo punto di vista sono le dendriti. Le protuberanze sono molto fragili in quanto generalmente sottili e sono facilmente soggette a breakup, come risultato di collisioni con altre particelle o a causa delle forze idrodinamiche che tengono in sospensione il cristallo. In ogni caso in concomitanza di un processo di breakup si ha molto spesso una separazione di carica che, solitamente, lascia il corpo centrale del cristallo carico negativamente e le punte positivamente. Questo meccanismo da solo è insufficiente a giustificare separazioni di carica osservate. Mason (1971) propose quindi una collaborazione tra breakup ed eeffetto termoelettrico. Assunse infatti che il cristallo di ghiaccio si trovasse ad una temperatura fissa, mentre ciò che lo circondava fosse a temperatura ambiente. In questo modo aveva le condizioni giuste per sviluppare una differenza di temperatura superficiale ogni volta che il cristallo di ghiaccio urtava contro un’altra particella di nube. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Splintering durante il processo di Hallett-Mossop. Lo splintering12 del cristallo di ghiaccio ha destato grande interesse nel recente passato come possibile responsabile della separazione di carica. Latham e Mason (1961) notaronoche i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20􀀀90m di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono che i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20 90µm di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono condotti da Hallett e Saunders (1979) sfruttando il processo di Hallett-Mossop sviluppato 5 anni prima. Il processo di Hallett-Mossop è un’importante sorgente di particelle in nube, soprattutto nelle regioni in cui la temperatura è compresa tra -3C e – 8 C. Il meccanismo implica l’accretion di gocce d’acqua soprafusa da parte di idrometeore in cui è predominante la fase ghiaccio, siano esse cristalli, graupel o chicchi di grandine. L’acqua soprafusa ghiaccia istantaneamente sulla superficie ghiacciata. Se le condizioni sono favorevoli, l’aggregato può rompersi in più frammenti o può emettere goccioline in forma liquida che ghiacciano istantaneamente nell’ambiente esterno. I frammenti cresceranno rapidamente per diffusione in un ambiente ricco di vapore fino a formare nuovi cristalli che ricominceranno il ciclo. Al netto vengono formate grandi quantità di cristalli di ghiaccio.

Hallett e Saunders, come precedentemente accennato sfruttarono questo effetto per ricercare un meccanismo di caricamento della nube. Trovarono che i frammenti di ghiaccio sono carichi elettricamente. In fase di crescita il cristallo di ghiaccio si carica positivamente mentre in fase di sublimazione risulta carico negativamente, in accordo con quanto visto nel processo di elettrificazione coinvolgente il potenziale di contatto. Gli autori conclusero che il segno di carica fosse una diretta conseguenza dello stato fisico della superficie del cristallo e della pressione di vapore in rapporto a quella del vapore contenuto nella regione di nube di in cui si trova il cristallo. Il meccanismo descritto è insufficiente a spiegare la separazione di carica di un temporale in quanto la carica sui frammenti è troppo piccola e la crescita per diffusione non crei un accumulo di carica sufficiente.

Melting layer. Nonostante i cristalli di ghiaccio abbiano, nella maggior parte dei casi, un corpo principale caricato negativamente, le misure eseguite sulle gocce precipitanti al di fuori della nube rivelano una predominanza di cariche positive sulle gocce. Dinger e Gunn (1946) proposero un sistema di caricamento che coinvolgesse il melting layer. Mostrarono che cristalli di ghiaccio contenenti bolle d’aria, come ad esempio grandine o graupel, acquistano una carica positiva attraversando il melting. Drake (1968) dimostrò che il caricamento è dovuto all’espulsione di cariche negative dal cristallo per effetto dell’esplosione delle bolle d’aria che entrano in contatto con l’ambiente esterno durante i processi di scioglimento del ghiaccio in atto nel melting layer. Il caricamento è funzione del raggio delle bolle d’aria, il contenuto di ghiaccio delle bolle e del contenuto di ioni presenti nel melting. Il meccanismo prevede che le bolle a contatto con l’aria di nube interagisca con essa lasciando il corpo del cristallo carico. La carica positiva sul cristallo può spiegare lo strato inferiore della nube, ma il meccanismo è del tutto locale e non intuisce minimamente alla struttura elettrica dei livelli superiori.

3.3.4 Interazione cristallo/graupel.Un paragrafo a parte viene interamente dedicato al meccanismo non induttivo che coinvolge l’interazione tra una grossa particella di graupel e piccoli cristalli di ghiaccio in un ambiente ricco di acqua soprafusa, come mostrato in figura 3.8. Una graupel non è altro che un cristallo di ghiaccio che è cresciuto per interazione con acqua soprafusa, la quale entrando in contatto col cristallo, ghiaccia nell’istante in cui si spalma sulla sua superficie. Le condizioni mostrate in figura 3.8 sono estremamente comuni in nubi temporalesche, anche a diverse quote. Le graupel infatti sono particelle molto comuni in nubi di questo tipo, soprattutto alle medie latitudini, per cui è logico aspettarsi che siano coinvolte in un meccanismo di elettrificazione piuttosto proficuo. I primi studi a riguardo risalgono al 1978 e alle ricerche relative al processo di Hallett- Mossop. Fu noto fin da allora che la carica rinvenuta sui frammenti di ghiaccio, risultato del processo descritto in precedenza, fosse insufficiente a garantire l’elettrificazione richiesta. Tuttavia fu osservato un trasporto di carica via via crescente man mano che il frammento di ghiaccio aumentava il suo diametro. Inoltre fu osservata una prevalenza di cariche superficiali positive sul nuovo cristallo rimed al contrario di quanto mostrato da Reynolds et al. (1957) che usò la prevalenza di cariche negative su cristalli di questo tipo per spiegare una parte della struttura elettrica di nube. Fu Jayaratne (1983) a sciogliere ogni dubbio a riguardo mostrando che il segno di carica può essere positivo o negativo in funzione della temperatura e del contenuto di acqua liquida, come mostrato in figura 3.9.

Fig. 3.8

Riguardo la sua teoria Vonnegut stesso disse:

Se questa teoria è corretta, queste misurazioni dovrebbero rivelare grandi masse di aria carica elettricamente che si trovano ad una certa distanza dalla regione delle precipitazioni, una situazione che sarebbe improbabile se le precipitazioni fossero responsabili dell’elettrificazione… In alcuni casi ci si potrebbe aspettare che i campi si erano sviluppati prima che si formassero le particelle di precipitazione.

I limiti del modello proposto, alla luce di scoperte più recenti, risulta chiaro. Infatti sin dal 1956 grazie a Reynolds e Brook si capì che la rapida elettrificazione che nei temporali conduce alla formazione di scariche è associata alla crescita dei cristalli di ghiaccio. Misurazioni successive, da parte di Gaskell e Illingworth (1980) ad esempio, confermarono quest’ultima teoria. Risulta chiaro quindi che sebbene il caricamento per convezione sia plausibile, esso non è in grado di giustificare la produzione di scariche. Simulazioni numeriche riguardanti il solo modello convettivo vennero svolte nei primi anni 2000 da Helsdon et altri. I risultati indicavano un campo elettrico di intensità insufficiente in relazione a quanto osservato in nube. Inoltre esso inizia a dissiparsi in concomitanza dell’inizio dello stadio maturo, fase in cui invece il campo dovrebbe star crescendo. In ultimo, durante la sua fase dissipativa il campo di nube formerebbe, per effetto dell’interazione con gli ioni ambientali, una barriera contro la corrente di conduzione esterna. In definitiva si può affermare che la sola convezione non può essere un meccanismo che garantisce la produzione dei campi elettrici effettivamente rilevati nei temporali.

3.3.2 Processi induttivi. Per effetto del campo elettrico di bel tempo che persiste al di fuori della nube in qualsivoglia condizione meteorologica, le gocce e i cristalli in nube si polarizzano. Pertanto la carica indotta sarà positiva nell’emisfero Sud e negativa nell’emisfero Nord. La polarizzazione è alla base di alcuni meccanismi di caricamento attivi in nube.

Cattura selettiva di ioni Wilson (1929) propose un meccanismo induttivo in cui le gocce di nube polarizzate catturano ioni sospesi durante la fase di precipitazione. Quello che accade è che gli ioni negativi che si trovano nell’area spazzata dalla goccia vengono catturati grazie all’interazione con la carica positiva sull’emisfero Sud della goccia. Lo stesso processo, a segni inversi, si verifica anche nell’emisfero Nord, dove però l’efficienza di cattura è estremamente inferiore in quanto, perché la collisione avvenga, gli ioni devono avere una velocità terminale maggiore della goccia. Questo però comporta che gli ioni debbano essere degli aggregati piuttosto pesanti, il che rende meno efficiente la cattura in quanto cala la probabilità che si verifichi coalescenza tra ione e idrometeora. Oltretutto gli ioni positivi hanno una mobilità inferiore rispetto a quelli negativi, quindi le loro interazioni sono sfavorite. Per questo al netto la carica delle gocce risulta negativa. Questo meccanismo produce un campo elettrico massimo di 50kV m1, inferiore di quasi un ordine di grandezza a quanto si registra usualmente nei temporali. Le motivazioni sono essenzialmente due: la limitatezza del processo di carica e le velocità terminali. Nel primo caso si ha che la scarsa sufficiente carica negativa sedimentata sulla goccia inizierà ad attrarre ioni positivi, scaricandosi. Nel secondo caso il problema è di natura dinamica. La cattura, com’è stata concepita poc’anzi, è possibile soltanto finché la velocità terminale della goccia è maggiore di quella degli ioni (che viene calcolata moltiplicando l’intensità del campo elettrico per la mobilità ionica). Se ciò non accade l’interazione tra la goccia e gli ioni viene inibita dai processi di repulsione che si innescano dato che gli ioni negativi vengono respinti dall’emisfero Nord e quelli positivi hanno in genere una mobilità più ridotta. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

3.3.3 Processi non induttivi. Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il caricamento delle particelle di nube può avvenire anche in assenza di un campo elettrico esterno. Ne esistono vari meccanismo che verranno descritti in questo paragrafo.

Effetto termoelettrico: Reynolds et al. (1957) ottennero evidenze sperimentali del fatto che cristalli di nube diventassero carichi in seguito a collisioni con altri cristalli aventi una temperatura diversa. Brook (1958) capì che il caricamento era dovuto alla diffusione degli ioni idrogeno per effetto del gradiente di temperatura che si viene a creare sulla superficie di contatto. Dato che gli ioni H+ hanno una mobilità superiore agli OH, per effetto della diffusione ionica il cristallo più freddo risulterà caricato positivamente e quello caldo negativamente. Latham e Mason (1961) costruirono un modello unidimensionale per riprodurre questo fenomeno. Assumendo un gradiente di temperatura stazionario per tutte le specie di cristalli di ghiaccio, hanno ricavato la differenza di potenziale tra i cristalli in collisione in condizioni stazionarie. Ottennero quindi un gradiente di potenziale rispetto alla temperatura pari a: dV/ dT = 1.9 [mV/ C] Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Potenziale di contatto

Parallelamente agli esperimenti di Reynolds et al. (1957) circa l’effetto termoelettrico, furono condotti una serie di sperimentazioni volte ad interpretare la separazione di carica non come una conseguenza della temperatura dei cristalli, ma in termini di differenza di potenziale. In generale infatti la carica trasportata dai cristalli non è distribuita uniformemente, perciò quando due cristalli entrano in contatto, per effetto di una collisione, le due superfici si troveranno ad un diverso potenziale. La differenza di potenziale che si perdura per tutta la durata del contatto favorisce il passaggio delle cariche tra i cristalli, caricandoli. Il caricamento è differente a seconda della temperatura delle superfici collidenti, dalla natura e dalla modalità di crescita delle particelle. I cristalli di ghiaccio si caricano positivamente in seguito a processi che prevedono collisione e in seguito diffusione della particella più grande a discapito di quella più piccola.

Se con tale meccanismo il cristallo più grande evapora invece di diffondere acquisirà una carica totale negativa. I due processi sono efficaci fintanto che ci si trova in un range di temperature al di fuori dell’intervallo tra 􀀀3C e 0C. In quest’ultimo range troviamo infatti il melting layer la cui influenza sul caricamento della nube verrà trattato in seguito. Questo prima forma di interazione però è scarsamente efficacie perché esclude tutte le particelle che diffondono o evaporano per effetti di riscaldamento o raffreddamento, per i quali il potenziale di contatto è ininfluente.

Un caricamento di questo tipo è efficacie solo quando si ha collisione tra cristalli di ghiaccio e una particella ghiacciata in fase di crescita diffusiva, in un ambiente ricco di acqua soprafusa. La separazione di carica che ne consegue oscilla tra 1 e 5 *104 C per collisione, e, senza riguardo per il segno di carica, non c’è correlazione diretta con la temperatura.

I cristalli rimed, ovvero cresciuti per diffusione in un ambiente ricco di acqua soprafusa, così formatisi avranno una carica negativa a temperature compresi tra 􀀀15 e 􀀀20C, e avranno carica positiva se compresi tra 􀀀5 e -10c ircC. In questo modo lo stesso meccanismo è in grado di spiegare la differenziazione dei poli di carica all’interno della nube, soprattutto per quanto riguarda in core e il melting layer della nube stessa. A causa della complessità del fenomeno, allo stato attuale delle conoscenze non esiste una teoria in grado di spiegare quantitativamente questo meccanismo. Le complessità derivano dalla natura molto variabile dei cristalli rimed, per i quali il meccanismo sembra essere molto efficiente, oltre al fatto che è necessario conoscere parametri difficili da stimare in nubi temporalesche come la velocità di impatto, l’angolo di impatto e la differenza di temperatura che accorre tra le due particelle in collisione. In mancanza di dati quantitativi non si può sapere se e con che efficienza il potenziale di contatto influisca nell’effettivo caricamento di una nube. L’unica cosa su cui si è certi è che questo meccanismo, grazie alle leggi che regolano l’elettrostatica, esiste.

Effetto Workman-Reynolds, Quando goccioline di acqua soprafusa vengono catturate da cristalli di ghiaccio in caduta, esse ghiacciano sulla superficie del cristallo. Il ghiacciamento può essere istantaneo o meno a seconda della temperatura della regione di nube in cui avviene la collisione e quella delle particelle coinvolte. Durante il processo di ghiacciamento viene a crearsi una differenza di potenziale tra cristallo e acqua in ghiacciamento, chiamato potenziale di interfaccia ghiaccio/acqua, che è funzione della tipologia e della quantità di ioni in soluzione e del rate di ghiacciamento. Il potenziale di interfaccia fu per primo misurato da Workman e Reynolds (1950), da cui il meccanismo prese il nome. Essi suggerirono che ci potesse essere una separazione di carica conseguente al distacco di goccioline d’acqua liquida in seguito alla collisione tra cristallo e gocciolina. In laboratorio è stato poi misurato tale potenziale in funzione del tempo da Caranti e Illingworth (1983), con risultati deludenti. Il meccanismo già in questi termini comporta una separazione di carica molto piccola. Oltretutto il potenziale di interfaccia è fortemente influenzato dagli ioni in soluzione, fatto che rende ancora più inefficiente il meccanismo. In conclusione l’effetto Workman-Reynolds non è in grado di spiegare la separazione di carica registrabile in un temporale.

Breakup. Durante i meccanismi di crescita, i cristalli di ghiaccio possono assumere svariate forme. Quelle più fragili sono caratterizzate da punte che si sviluppano a partire dal corpo centrale del cristallo verso l’esterno. I cristalli più comuni da questo punto di vista sono le dendriti. Le protuberanze sono molto fragili in quanto generalmente sottili e sono facilmente soggette a breakup, come risultato di collisioni con altre particelle o a causa delle forze idrodinamiche che tengono in sospensione il cristallo. In ogni caso in concomitanza di un processo di breakup si ha molto spesso una separazione di carica che, solitamente, lascia il corpo centrale del cristallo carico negativamente e le punte positivamente. Questo meccanismo da solo è insufficiente a giustificare separazioni di carica osservate. Mason (1971) propose quindi una collaborazione tra breakup ed eeffetto termoelettrico. Assunse infatti che il cristallo di ghiaccio si trovasse ad una temperatura fissa, mentre ciò che lo circondava fosse a temperatura ambiente. In questo modo aveva le condizioni giuste per sviluppare una differenza di temperatura superficiale ogni volta che il cristallo di ghiaccio urtava contro un’altra particella di nube. Altri dettagli possono essere letti dall’articolo originale disponibile in rete.

Splintering durante il processo di Hallett-Mossop. Lo splintering12 del cristallo di ghiaccio ha destato grande interesse nel recente passato come possibile responsabile della separazione di carica. Latham e Mason (1961) notaronoche i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20􀀀90m di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono che i frammenti di ghiaccio creati durante il ghiacciamento di gocce d’acqua soprafusa su una larga superficie ghiacciata, durante quindi i processi di riming, sono carichi. Stimarono che per piccole goccioline, 20 90µm di diametro, che impattino su sfere si ghiaccio di 5mm di diametro, frammenti ghiacciati carichi positivamente vengano emessi lasciando il cristallo rimed negativo. Qualitativamente questo meccanismo rispetta la polarità delle nubi temporalesche ma quantitativamente non è in grado di giustificare da solo la separazione di carica necessaria. Studi più approfonditi in merito a tale processo furono condotti da Hallett e Saunders (1979) sfruttando il processo di Hallett-Mossop sviluppato 5 anni prima. Il processo di Hallett-Mossop è un’importante sorgente di particelle in nube, soprattutto nelle regioni in cui la temperatura è compresa tra -3C e – 8 C. Il meccanismo implica l’accretion di gocce d’acqua soprafusa da parte di idrometeore in cui è predominante la fase ghiaccio, siano esse cristalli, graupel o chicchi di grandine. L’acqua soprafusa ghiaccia istantaneamente sulla superficie ghiacciata. Se le condizioni sono favorevoli, l’aggregato può rompersi in più frammenti o può emettere goccioline in forma liquida che ghiacciano istantaneamente nell’ambiente esterno. I frammenti cresceranno rapidamente per diffusione in un ambiente ricco di vapore fino a formare nuovi cristalli che ricominceranno il ciclo. Al netto vengono formate grandi quantità di cristalli di ghiaccio.

Hallett e Saunders, come precedentemente accennato sfruttarono questo effetto per ricercare un meccanismo di caricamento della nube. Trovarono che i frammenti di ghiaccio sono carichi elettricamente. In fase di crescita il cristallo di ghiaccio si carica positivamente mentre in fase di sublimazione risulta carico negativamente, in accordo con quanto visto nel processo di elettrificazione coinvolgente il potenziale di contatto. Gli autori conclusero che il segno di carica fosse una diretta conseguenza dello stato fisico della superficie del cristallo e della pressione di vapore in rapporto a quella del vapore contenuto nella regione di nube di in cui si trova il cristallo. Il meccanismo descritto è insufficiente a spiegare la separazione di carica di un temporale in quanto la carica sui frammenti è troppo piccola e la crescita per diffusione non crei un accumulo di carica sufficiente.

Melting layer. Nonostante i cristalli di ghiaccio abbiano, nella maggior parte dei casi, un corpo principale caricato negativamente, le misure eseguite sulle gocce precipitanti al di fuori della nube rivelano una predominanza di cariche positive sulle gocce. Dinger e Gunn (1946) proposero un sistema di caricamento che coinvolgesse il melting layer. Mostrarono che cristalli di ghiaccio contenenti bolle d’aria, come ad esempio grandine o graupel, acquistano una carica positiva attraversando il melting. Drake (1968) dimostrò che il caricamento è dovuto all’espulsione di cariche negative dal cristallo per effetto dell’esplosione delle bolle d’aria che entrano in contatto con l’ambiente esterno durante i processi di scioglimento del ghiaccio in atto nel melting layer. Il caricamento è funzione del raggio delle bolle d’aria, il contenuto di ghiaccio delle bolle e del contenuto di ioni presenti nel melting. Il meccanismo prevede che le bolle a contatto con l’aria di nube interagisca con essa lasciando il corpo del cristallo carico. La carica positiva sul cristallo può spiegare lo strato inferiore della nube, ma il meccanismo è del tutto locale e non intuisce minimamente alla struttura elettrica dei livelli superiori.

3.3.4 Interazione cristallo/graupel.Un paragrafo a parte viene interamente dedicato al meccanismo non induttivo che coinvolge l’interazione tra una grossa particella di graupel e piccoli cristalli di ghiaccio in un ambiente ricco di acqua soprafusa, come mostrato in figura 3.8. Una graupel non è altro che un cristallo di ghiaccio che è cresciuto per interazione con acqua soprafusa, la quale entrando in contatto col cristallo, ghiaccia nell’istante in cui si spalma sulla sua superficie. Le condizioni mostrate in figura 3.8 sono estremamente comuni in nubi temporalesche, anche a diverse quote. Le graupel infatti sono particelle molto comuni in nubi di questo tipo, soprattutto alle medie latitudini, per cui è logico aspettarsi che siano coinvolte in un meccanismo di elettrificazione piuttosto proficuo. I primi studi a riguardo risalgono al 1978 e alle ricerche relative al processo di Hallett- Mossop. Fu noto fin da allora che la carica rinvenuta sui frammenti di ghiaccio, risultato del processo descritto in precedenza, fosse insufficiente a garantire l’elettrificazione richiesta. Tuttavia fu osservato un trasporto di carica via via crescente man mano che il frammento di ghiaccio aumentava il suo diametro. Inoltre fu osservata una prevalenza di cariche superficiali positive sul nuovo cristallo rimed al contrario di quanto mostrato da Reynolds et al. (1957) che usò la prevalenza di cariche negative su cristalli di questo tipo per spiegare una parte della struttura elettrica di nube. Fu Jayaratne (1983) a sciogliere ogni dubbio a riguardo mostrando che il segno di carica può essere positivo o negativo in funzione della temperatura e del contenuto di acqua liquida, come mostrato in figura 3.9.

Fig. 3.8

Questa curva è il risultato di un esperimento che mostra come il segno di carica delle graupel si inverta ad una certa quota, considerando un contenuto d’acqua liquida uguale per tutti i casi analizzati. Il differente segno assunto dalle graupel in funzione della temperatura può giustificare la struttura elettrica della nube. Infatti lo scioglimento della graupel che accorre nel melting completa il tripolo. La carica negativa contenuta nelle bolle d’aria o nei frammenti che si staccano dalla graupel vengono risospinti nel centro di carica negativo dalle forze idrodinamiche, rafforzando il tripolo. In questo modo possono essere raggiunti i campi elettrici necessari per formare una scarica.

Molte osservazioni sono state effettuate negli anni passati ed hanno condotto ad importanti risultati. In particolare, una serie di misure in situ svolte tramite penetrazioni di aircraft in alcuni temporali del Montana hanno portato Dye et al. (1986) a conclusioni interessanti. Notarono infatti un incremento nell’intensità del campo elettrico nelle regioni in cui sono presenti particelle di ghiaccio e acqua soprafusa. Nella stessa regione, tramite misuratori laser, sono stati individuati grandi quantità di cristalli rimed e graupel. Queste misure portarono la comunità scientifica a convincersi sempre più che le collisioni tra cristalli di ghiaccio e graupel in presenza di acqua soprafusa siano il meccanismo che più di ogni altro conduce alla formazione dei campi elettrici osservati e alla produzione di fulmini.

Il meccanismo di caricamento. Ogni meccanismo basato sulla deposizione di vapore sulla superficie di un cristallo deve soddisfare una legge che Baker et el. (1987) formularono e dimostrarono. Questa suggerisce che quando due superfici ghiacciate, aventi un rate di crescita per diffusione diverso, entrano in contatto, bisogna valutarne il rate di crescita relativo. Infatti è dimostrato che per i processi di collisione cristallo/graupel, o più generalmente cristallo/cristallo, la superficie della particella che ha il rate di diffusione maggiore si carica positivamente, in seguito alla collisione. Questo risultato è in accordo con molteplici esperimenti di laboratorio e tutt’oggi è ritenuto valido.

La teoria fu sviluppata da Dash et al. (2001) e riguarda due generici cristalli di ghiaccio. La superficie del cristallo col rate di crescita maggiore ha una quantità di carica superficiale negativa disponibile ad essere separate maggiore, e quindi rimane carica positivamente. In accordo con la teoria un grande rate comporta una crescita rapida, ma non omogenea, ed ad alte densità di carica. Il vapore che diffonde sulla superficie del cristallo è formato da ioni H+ e OH􀀀 in egual quantità. Tuttavia mentre gli ioni OH- sono tenuti in posizione sulla superficie del cristallo tramite un legame idrogeno, gli ioni H+ sono liberi di abbandonare la superficie, trasferendosi verso il centro del cristallo. In questo modo si viene a creare un potenziale superficiale negativo, mentre la carica netta totale del cristallo rimane nulla. Due particelle che collidono tendono ad equilibrare la differenza di potenziale tra le loro superfici; in questo modo la particella col rate maggiore trasferirà cariche negative all’altra. In definitiva la particella col rate maggiore rimane carica positivamente mentre l’altra lo sarà negativamente. Il passaggio delle cariche diventa più efficiente maggiore è la quantità di acqua soprafusa presente sulle superfici nel momento del contatto. Infatti lo scambio di massa, e quindi della carica in essa contenuta, è molto più efficiente se la superficie di contatto è soprafusa e non ghiacciata. Durante la collisione tra due cristalli, le superfici di contatto subiscono un processo di fusione istantanea che favorisce gli scambi. Tuttavia la presenza nell’ambiente di nube in cui avviene la collisione di grandi quantità di acqua soprafusa, garantisce la permanenza sulla superficie dei due cristalli di una velatura di acqua in forma liquida che facilita i passaggi di carica e massa. Il trasferimento netto di massa avviene nel verso opposto rispetto al trasferimento di carica (Mason e Dash, 2000). Ovviamente la massa in questione non è altro che acqua soprafusa presente sulla superficie dei cristalli nella quale sono disciolte le cariche. Il trasferimento di queste ultime è così enormemente agevolato. Per questo motivo il meccanismo descritto presenta una grande efficienza nella separazione della carica in nube. Da un punto di vista puramente teorico il quadro è completo. Occorre ora capire quale sia sperimentalmente l’interazione più efficiente possibile. Numerosi studi in laboratorio e osservazioni in nube indicano il processo di collisione tra cristallo di ghiaccio e graupel come meccanismo più efficiente nella separazione di carica. Ripercorrendo i vari step che definiscono la teoria si riesce a giustificare l’evidenza sperimentale. La graupel infatti, data la sua struttura microscopica, ha un rate di crescita diffusivo inferiore al cristallo di ghiaccio. Al contrario la grupel avrà una quantità di massa superficiale sotto forma di acqua soprafusa maggiore del cristallo. Ipotizzando una graupel in caduta alla velocità terminale e un cristallo in ascesa per effetto del trasporto idrodinamico, si ha lo scenario rappresentato in figura 3.10. Così mentre il flusso di carica è dal cristallo di ghiaccio alla graupel il usso di massa segue il verso opposto. La carica negativa fluisce dalla superficie del cristallo a quella della graupel, lasciando carico positivamente il cristallo di ghiaccio, in accordo con la teoria.

I l meccanismo appena descritto è come detto considerato il principale candidato a spiegare la struttura elettrica riscontrata in nubi temporalesche. Tuttavia se qualitativamente si hanno risultati soddisfacenti è dfficile avere conferme quantitative anche dagli apparati strumentali volti a riprodurre il fenomeno in laboratorio. La grande quantità di variabili in gioco infatti, unita alla caoticità del sistema atmosferico in sé, rendono difficile qualsiasi rappresentazione in laboratorio, sia essa sotto forma di modello numerico o di riproduzione in scala del fenomeno vero e proprio. Pertanto i risultati saranno sempre in forma probabilistica e mai deterministica, lasciando sempre parecchie incertezze per quanto riguarda la definizione del processo che meglio giuristica la struttura elettrica in nube.

Capitolo 4

Processi di scarica. I processi di scarica si generano a partire da nubi temporalesche i cui campi elettrici interni sono sucientemente intensi1. Non sono ancora del tutto chiare le dinamiche che portano alle scariche elettriche, fatto che rende estremamente attuale il problema in questione. Esistono infatti delle incongruenze tra teoria, osservazioni e quale si crede che sia la dinamica in gioco. L’incongruenza più grande riguarda l’intensità del campo elettrico. In nube si registrano campi dell’ordine dei 105V m1􀀀fino ad un istante prima della scarica. Il problema sorge considerando scariche che devono uscire dall’ambiente di nube. Esse infatti per avvenire devono in precedenza produrre un canale di ionizzazione. Perché ciò avvenga è necessario un campo elettrico che superi il valore di forza dielettrica dell’aria, ovvero l’intensità di un campo necessaria per iniziare la ionizzazione tra due elettrodi in aria secca a temperatura e pressione standard, che è Es = 7 107V m1., due ordini di grandezza in più del campo elettrico di nube. Nella sezione 3.3 si è provato a darne una spiegazione, partendo dal presupposto che il campo elettrico in nube possa crescere velocemente grazie al raggio di curvatura delle idrometeore più grandi. Ivi si sono analizzati tutti i possibili candidati al raggiungimento di tale valore del campo, ma non si è ancora giunti ad una conclusione definitiva. In questo capitolo verranno trattati sia i fulmini che i transient luminous events. Nei paragrafi seguenti si partirà dal presupposto che entrambi questi fenomeni abbiano luogo in nubi temporalesche, la cui struttura elettrica è stata descritta nel capitolo precedente-

4.1 Fulmine. I forti campi elettrici di nube provocati dalla distribuzione spaziale della carica all’interno della nube stessa sono i responsabili della formazione dei processi di scarica. I più conosciuti, nonostante l’alone di incertezza che ancora avvolge tali fenomeni, sono i fulmini. Si tratta di flussi di cariche tra due superfici conduttrici (ad esempio nube e suolo) poste ad una certa differenza di potenziale e messe in comunicazione attraverso un mezzo, generalmente un dielettrico. Pertanto è necessario un campo elettrico in grado di generare la rottura del dielettrico. Quando il dielettrico in questione è l’aria esterna alla nube, il valore del campo elettrico di nube non è sufficiente. Misurazioni effettuate pochi istanti prima di una scarica rivelano campi elettrici la cui intensità è inferiore di due ordini di grandezza rispetto al valore di forza dielettrica dell’aria. Come già accennato nel capitolo 3, il verificarsi di scariche elettriche deve essere giustificato da qualche fenomeno interno o adiacente la nube. Due sembrano essere questi fenomeni, anche se non esiste una base teorica solida a supportarli; si tratta della curvatura delle grosse idrometeore o della riduzione della resistività dell’aria. Per quanto riguarda il primo dei due, sembrerebbe che, in presenza di grandi quantità di grosse gocce sia sufficiente un campo elettrico dell’1% rispetto al valore di forza dielettrica dell’aria per iniziare il processo di scarica. Questo valore sarebbe del tutto in accordo con i dati osservati in nube. Se questa teoria venisse verificata da dati sperimentali collezionati da diversi temporali, potrebbe effettivamente porre delle certezze alla base dei fenomeni di scarica. La riduzione della resistività dell’aria invece può essere dovuta a diversi fattori, non correlati con ciò che effettivamente avviene nella nube, come la densità, la temperatura, l’umidità, la composizione chimica dell’aria e il contenuto di ioni liberi. In ogni caso, quando uno dei due eventi si verifica (più probabilmente il primo rispetto al secondo) hanno inizio i processi di scarica. La maggior parte dei fulmini hanno origine nella regione di nube caricata negativamente e trasportano carica negativa. Esistono tuttavia fulmini portanti carica positiva, anche se molto più infrequenti rispetto a quelli negativi. Inoltre le scariche che occorrono in troposfera possono essere classificate in base alle superfici conduttrici che mettono in comunicazione. Avremo quindi tre categorie:

1. Cloud to Ground ashes (CTG); si tratta probabilmente della stereotipazione del fulmine più comune nell’immaginario sociale (un lampo che squarcia l’oscurità e che cade al suolo dopo essere partito dalla nube). La sequenza di formazione e di evoluzione del fenomeno, nonostante la sua brevità, è molto complessa (oltre che l’unica nota con una certa accuratezza) e verrà descritta in una sezione a parte.

2. Intra Cloud ashes (IC); si tratta di scariche che avvengono all’interno della stessa nube, generalmente tra i due principali centri di carica positiva e negativa, anche se non è raro avere fulmini che coinvolgono anche altre regioni della nube. Poiché le maggiori differenze di potenziale si riscontrano tra i centri di carica posti all’interno del temporale stesso e poiché la costante dielettrica all’interno delle nubi è inferiore a quella dell’aria esterna, la maggior parte dei fulmini è di questo tipo. Questo fatto si intensifica nei temporali estivi e sopra le zone aride dove la base della nube è bassa. A causa del volume della nube che circonda le scariche IC, non si conosce molto circa la struttura di questi eventi. Spesso sono soggetti a diffusione nella regione su cui impattano; la luce emessa viene attenuata dal corpo della nube ed emerge da quest’ultima sotto forma di bagliore. In questi casi particolari vengono anche chiamati sheet lightnings, ovvero lampeggi.

3. Inter Cloud o Cloud to Cloud ashes (CTC); si tratta di scariche che avvengono tra due nubi adiacenti ma non confinanti. Accorrono quando il campo elettrico tra le nubi è intenso a sufficienza per iniziare una sequenza di breakdown. Si ritiene che la sequenza di scarica sia del tutto analoga a quella dei fulmini CTG. Sono molto più rari delle altre due tipologie di scarica.

Oltre a queste tre categorie esistono altri tipi di scariche, come ad esempio quelle che si propagano dalla nube verso la ionosfera di cui si parlerà nella sezione 4:2. Esistono tuttavia processi di fulminazione relativi ad altri fenomeni atmosferici come eruzioni vulcaniche e tempeste di sabbia. Le plume vulcaniche producono infatti grandi perturbazioni nel gradiente di potenziale atmosferico alla superficie. Inoltre sono state misurate alte densità di carica nelle ceneri vulcaniche che possono alterare le concentrazioni di carica in atmosfera. La complessa composizione delle plume, che tra le diverse componenti prevede anche gas, particelle solide e idrometeore, contempla alcuni meccanismi di caricamento elettrico. Per plume ricche di silicati, in forma di particelle solide, il meccanismo predominante prevede l’emissione di ioni e particelle atomiche durante gli eventi di frattura del magma che fuoriesce in maniera esplosiva dal cono vulcanico. Nelle plume che si formano in seguito del contatto tra la lava e l’acqua marina, il meccanismo di caricamento più attivo è legato ai processi di ebollizione dell’acqua stessa per effetto delle alte temperature della lava. A seconda del meccanismo di separazione di carica e dell’intensità con cui agisce, si verificano diversi processi di scarica, con frequenze anche molto alte all’interno dello stesso complesso di plume se l’eruzione vulcanica è particolarmente intensa . Anche nelle tempeste di sabbia si hanno fenomeni elettrici. Le cariche infatti vengono separate durante i processi di collisione che si verificano tra particelle di sabbia sospese o tra esse e il suolo. Qualora questo meccanismo, supportato dai dati sperimentali, acquisisca un’efficienza tale da separare ingenti quantità di carica, è possibile che si verifichino processi di scarica. Gli ultimi due processi abbozzati3 suscitano un interesse particolare nella comunità scientifica. Infatti è probabile che tali fenomeni, così come le scariche da temporale, si verifichino non solo sul nostro pianeta ma anche su altri pianeti dotati di atmosfera, ma con frequenza maggiore rispetto ai fulmini stessi.

Frequenza e distribuzione. Prima di dedicarsi alla descrizione dei vari step che identificano le scariche CTG, si propone una rapida panoramica relativa alla distribuzione ed occorrenza dei fulmini sul globo, per rendere quantitativa la descrizione in atto. Nell’ultima sezione del primo capitolo si è parlato di occorrenze globali di fulmini, considerando che mediamente si ha una frequenza di 1500 temporali al secondo. Non è riduttivo, quindi, stimare un’occorrenza che oscilla tra 100 e 300 scariche al secondo. Analizzando i singoli temporali emerge una grande variabilità locale nei rapporti tra le tipologia di scarica viste in precedenza. Ciò nonostante, facendo una statistica sul lungo periodo, si ottiene che il 70􀀀80% dei fulmini risulta essere IC (Boccippio et al. 2000, 2001). Il restante 20 30% è quasi interamente rappresentato da scariche CTG, delle quali il 90% trasporta carica negativa mentre solo il 10% trasporta carica positiva (Poelman 2010). Dato che la maggior parte dei fulmini ha origine nei temporali di tipo convettivo, la distribuzione delle scariche sul globo sarà funzione della convezione. La maggior parte dei fulmini si verifica nella fascia latitudinale compresa tra i due tropici, in prevalenza sulle masse continentali e durante la stagione estiva.

4.1.1 Ceneri da nuvola a terra. Per descrivere i processi che caratterizzano il fulmine CTG si fa riferimento ad una scarica negativa, molto più probabile di una positiva, come illustrato in figura 4.2. L’intero processo può essere minimizzato in termini di scarica al suolo di una grande quantità di carica negativa accumulata nella regione negativa di nube attorno ai 15C, una volta soddisfatte le condizioni necessarie alla scarica stessa. In realtà il meccanismo è molto più complicato e si compone di diverse fasi. Quando le condizioni ambientali diventano favorevoli, il processo di scarica entra nella sua prima fase governata dallo stepped leader. Questa fase è generalmente preceduta da un processo di breakdown preliminare o iniziale che avviene all’interno della nube. Si verifica infatti una scarica tra la regione negativa di nube e la sottostante positiva. A partire da tale scarica si origina il leader. Lo stepped leader è formato da una rete di canali luminosi, anche se poco visibili, che si propagano a zigzag (da qui il termine stepped cioè a gradino) creando una serie di biforcazioni dalla nube al suolo. Sulla punta di ognuna delle biforcazioni si ha un accumulo di materiale plasmatico ionizzato, il quale ionizza la materia con cui viene in contatto durante il suo percorso. Questo processo è rappresentato nella prima immagine di figura 4.2. Le ramificazioni del canali si propagano nelle direzioni più favorevoli alla ionizzazione, in base alle proprietà del mezzo attraversato. Per questo motivo non è raro vedere alcuni rami propagarsi in direzione opposta rispetto al flusso generale delle ramificazioni, che è come detto dalla nube al suolo. Il ramo che incontra minor resistenza alla ionizzazione riesce ad arrivare in prossimità della superficie. tutte le ramificazioni create dal leader presentano un accumulo di cariche negative, originate in seguito alla ionizzazione dell’aria. Wunder e Whiteson (1996) stimarono in 105ms-1 la velocità dello stepped leader, mentre un deposito di carica di 105 – 30C lungo il percorso fu supposto da Zemke (1992). Con l’avvicinamento al suolo dello stepped leader, è spesso possibile notare un stepped leader, partente dalla superficie, congiungersi con il leader discendente ad una decina di metri dal suolo. Questo flusso è chiamato streamer e, nel caso di leader negativo, è caricato positivamente. Dalla congiunzione tra stepped leader e streamer si forma il canale ionizzato attraverso cui le cariche accumulate in nube giungono al suolo (immagini 2 e 3 in figura 4.2).

A volte è anche possibile osservare lo streamer in assenza del leader. In questo caso lo sviluppo è del tutto analogo ai rami del leader che si propagano in atmosfera senza raggiungere il suolo. La formazione dello streamer è favorita quando il terreno presenta delle punte conduttrici. Infatti l’accumulo di cariche che si verifica su una punta favorisce l’attrazione reciproca tra queste e le cariche presenti nello stepped leader. Quando l’attrazione elettrica diventa predominante sulla forza dielettrica del mezzo lo streamer si forma e si congiunge al leader. Questo processo spiega perché i fulmini siano orientati a cadere maggiormente sulle punte rispetto ai terreni piatti. Tuttavia si osservano molteplici eccezioni a questa descrizione, le quali non hanno una spiegazione precisa. Finora i processi illustrati presentano una scarsa visibilità e tempi di osservabilità molto brevi, pertanto sono difficili da scrutare ad occhio nudo. Il processo maggiormente visibile di tutto il meccanismo di scarica è il successivo, ovvero il return stroke. Fonti recenti considerano il return stroke come un flusso di carica positiva che passa all’interno del canale ionizzato formato dal leader, dalla superficie alla nube. Durante il suo tragitto tenderà a neutralizzare la carica negativa che è accumulata lungo le pareti del canale. In realtà l’elevata velocità con cui il return stroke transita nel canale, almeno nei primi millisecondi, difficilmente permette l’interazione delle cariche positive contenute nel flusso con quelle negative sui bordi del canale. Questo perché la velocità con cui le cariche interagiscono elettricamente è inferiore alla velocità del flusso. In questo modo parte del canale rimane carico negativamente. La carica positiva trasportata dal flusso viene così depositata nella regione di nube in cui ha origine il leader. Contemporaneamente, le cariche negative rimaste sui bordi del canale fluiranno verso il suolo. In questo modo la carica in eccesso alla superficie viene rimossa. Per quanto concerne un positive flash il processo è lo stesso anche se il segno delle cariche risulta invertito, a partire da quello della regione di nube in cui ha origine il leader (anch’esso di segno opposto). La velocità alla quale si propaga il return stroke è superiore a quella dello stepped leader. In media è stimata essere compresa tra c=3 e c=2, dove c è la velocità della luce (Rakov, 2007). La velocità è massima nei primi metri di atmosfera e cala con la quota. La corrente trasportata da un tipico return stroke ha un massimo a circa 30kA nei primi microsecondi di vita, per poi decadere molto rapidamente per effetto della propagazione della corrente in tutti i rami aperti dal leader (Rakov e Uman, 2003). La carica negativa rimasta nel canale viene trasportata al suolo, anche se risulta in quantità molto variabili. Ciò nonostante sono stati registrati valori anomali di corrente e carica rispettivamente di 100kA e 350C. Il passaggio della corrente riscalda repentinamente il canale fino a temperature di 30; 000K e crea una pressione di 10atm o più (Rakov e Uman, 2003). In questo modo il canale si espande ed irradia una grande quantità di energia sotto forma di shock wave e radiazione luminosa. La prima verrà trattata nel paragrafo conclusivo di questo capitolo.

La seconda è la spiegazione della forte luminosità tipica del return stroke. In seguito al passaggio del return stroke il canale ionizzato può chiudersi. In questo caso il meccanismo che concerne la singola scarica risulta concluso e il fulmine così prodotto prende il nome di single-stroke flash. Molto spesso invece a chiudersi sono solo i rami secondari mentre il canale principale rimane aperto; esso viene quindi attraversato da un secondo leader, chiamato dart leader, come mostrato nella quinta immagine di figura 4.2. Nell’intervallo di tempo che occorre tra la fine del return stroke e l’inizio del dart leader hanno due processi, denominati J e K. Il processo chiamato J riguarda la formazione di un piccolo leader positivo che si propaga dalla regione in cui i meccanismi di scarica hanno inizio e lo strato di nube a carica negativa. Il processo chiamato K riguarda la conseguente formazione di uno streamer nella regione negativa della nube, che si allaccia al leader appena generato. La combinazione dei due processi conferisce un apporto addizionale di carica negativa che il dart leader trasporterà nel canale, ma che non necessariamente sarà in grado di raggiungere il suolo. Il dart leader si propaga all’interno del canale ad una velocità media dell’ordine dei 107ms1, ignorando la presenza dei rami secondari. La carica totale prodotta dai processi J e K, e depositata lungo il canale, ammonta a circa 1C. Alcuni dart leader possono creare nuove ramificazioni una volta giunti in prossimità del suolo; essi vengono comunemente chiamati dart stepped leader. Se invece il dart leader esce subito dal canale preesistente e ne forma un altro, allora costituirà il processo iniziale nel meccanismo di produzione di una nuova scarica. Una volta che il dart leader si raggiunge il suolo un nuovo return stroke risale il canale, percorrendo lo stesso tragitto occorso al primo flusso (immagine 6 figura 4.2). Il tempo di vita del primo return stroke è maggiore di quello del secondo in quanto la velocità di quest’ultimo è superiore. La corrente trasportata dal secondo return stroke invece è inferiore a quella del primo ed è stimabile in 10 – 15kA. Spesso alcuni meccanismi di scarica sono interessati da più di due return stroke, intervallati l’un l’altro da un dart leader. Quando ciò accade, il fulmine dà la sensazione di star lampeggiando. Al netto di tutto il meccanismo di scarica si ha un passaggio di carica negativa dalla nube al suolo e positiva dal suolo alla nube.

Figura 4.2: Schematizzazione delle varie fasi di sviluppo di un fulmine Cloud to Ground negativo

4.1.2 Fulmini e clima. I fulmini sono un buon indicatore dell’intensità della convezione in atmosfera. La convezione è un fenomeno che occorre quando una certa regione di atmosfera prossima alla superficie diventa instabile per effetto della radiazione solare o del rimescolamento di masse d’aria di diversa densità. Le maggiori occorrenze di fulmini si hanno nelle regioni del globo in cui l’instabilità raggiunge i suoi valori massimi. Le regioni di instabilità infatti non sono distribuite in maniera random sul globo, ma sono organizzate in modo da seguire il clima terrestre, la cui forzante principale è il riscaldamento differenziato della superficie terrestre. Un cambiamento climatico è quindi collegabile ad una riorganizzazione delle regioni di maggior intensità della convezione, producendo così una variazione la distribuzione dei fulmini sul globo.

Per riuscire ad avere misure quantitative relative alla variazione climatica dell’attività di scarica, è necessario analizzare le grandezze maggiormente influenti nella caratterizzazione della distribuzione dei fulmini. In questo senso un ruolo importante è svolto dalla temperatura superficiale. Col crescere dell’attenzione nei riguardi del global warming infatti, son stati svolti numerosi studi volti a valutare la correlazione tra la variazione nell’attività di scarica atmosferica con i cambiamenti nella temperatura superficiale. Data la breve durata del singolo evento temporalesco, la correlazione tra le due grandezze in esame è ricercata su piccole scale temporali. Grazie a numerosi studi occorsi negli anni 90 e primi anni 2000, si è potuta osservare una correlazione positiva tra temperatura e fulmini. risultati più comuni riportano un aumento dell’attività di scarica dal 10 al 100% in corrispondenza di un aumento della temperatura superficiale di un grado.

Secondo parametro interessante è il contenuto di vapor acqueo in atmosfera. Come ampiamente noto il vapor acqueo è il principale gas serra e quindi un fattore importante nella stima del riscaldamento di una certa area geografica. Le variazioni nelle concentrazioni di vapore in atmosfera producono quindi importanti cambiamenti climatici. Il clima è tuttavia influenzato in maniera differente a seconda della quota alla quale si ha il picco di aumento del vapor acqueo. In particolare un aumento di vapore nelle regioni dell’alta troposfera, dove quindi la sua concentrazione è molto bassa, ha un’influenza maggiore rispetto a quanto non si avrebbe con una variazione nei pressi del suolo. In due studi condotti in anni successivi, Price (2000) e Price e Asfur (2006), mostrarono una tendenza dei temporali ad aumentare le concentrazioni di vapor acque nelle regioni dell’alta troposfera al di sopra dei temporali stessi. Valutando così l’aumento delle concentrazioni di vapore in alta troposfera e l’attività di scarica si nota una correlazione positiva tra le due grandezze. Sfruttando questa correlazione Sato e Fukunishi (2005) mostrarono una connessione nuovamente positiva tra fulmini e copertura nuvolosa nelle aree tropicali. Vapor acqueo e copertura nuvolosa hanno un impatto diretto nel bilancio radiativo terrestre, perciò lo studio delle variazioni nell’attività di fulminazione è un buon indicatore della conservazione o meno di tale bilancio. In conclusione basandosi suoi risultati emersi dai recenti esperimenti di modellistica, si è notato un aumento del numero di fulmini per singolo temporale, in relazione all’aumento dei due parametri descritti (e molti altri parametri quali variazioni nelle concentrazioni di gas traccia che sono secondari e quindi non trattati in questa sede). I modelli quindi sembrano portare ad un’estremizzazione del clima anche dal punto di vista di temporali e scariche. Infatti i risultati sembrano portare ad un’intensificazione dei temporali. Di conseguenza anche il numero di scariche per singolo evento tenderà ad aumentare.

4.1.3 CTG e circuito globale. Anche i fulmini CTG entrano a far parte del circuito elettrico globale. Essi infatti forniscono un metodo di rimozione della carica positiva in eccesso sul suolo terrestre e una sorgente di cariche negative sempre in favore della superficie. Questo meccanismo funziona fintanto che i fulmini trasportano cariche negative alla superficie. Come visto in precedenza esistono fulmini che trasportano carica positiva, ma sono molto rari rispetto a quelli negativi, perciò il meccanismo descritto risulta valido. Inoltre, nonostante la scarsità di dati quantitativi, sembrano soddisfatti i requisiti, solamente stimati nel capitolo 2, in merito al trasporto di carica media per fulmine e l’occorrenza globale di fulmini CTG al secondo. Il rate globale di fulminazione garantisce quindi una parte del bilanciamento al trasporto di carica positiva alla superficie da parte della corrente di conduzione di bel tempo. L’altra parte del ramo del circuito dedicato alla regione temporalesca è gestito dai TLE e verrà descritto nella sezione 4.2.

4.1.4 Tuono. Il tuono è un insieme di onde sonore che si formano in seguito al passaggio delle cariche all’interno del canale ionizzato e si propagano in atmosfera. Numerosi studi considerano il tuono come la conseguenza del riscaldamento provocato dal passaggio del fulmine che genera un’espansione a velocità supersonica del plasma molecolare contenuto nel canale ionico. Questo processo porta alla formazione di un’onda sonora molto intensa, simile ad uno scoppio, che si propaga in atmosfera fino a dissiparsi. Lo scoppio è conseguenza delle collisioni tra le particelle plasmatiche accelerate che collidono con l’ambiente esterno al canale di ionizzazione, che è in condizioni stazionarie. Il picco di energia acustica del tuono è generalmente centrato attorno ai 200Hz. Il rombo che accompagna lo scoppio è causato dalla riflessione e dallo scattering dell’onda sonora da parte di nubi e superfici rugose, siano esse artificiali come città o anche solo palazzi, o topografiche.

4.2 Transient luminous events. I transient luminous events (TLE) sono fenomeni di recentissima scoperta (1989, anche se furono predetti teoricamente da Wilson negli anni 20), e costituiscono un insieme di eventi di scarica elettrica il cui fattore accomunante è la direzione di propagazione: dalla nube verso l’esosfera. Questi fenomeni permisero di scoprire che anche stratosfera e mesosfera fossero interessate da fenomeni elettrici e non regioni atmosferiche elettricamente quiescenti come si riteneva in principio. A causa della scarsa frequenza con cui si verificano, i TLE sono molto difficili da osservare ed ancor di più da comprendere.

Nonostante ciò sono classificati in:

red sprite; si tratta di scariche elettriche su larga scala che si propagano dal top di un temporale fino ad altezze massime di 80􀀀90km. Si generano come conseguenza di fulmini CTG che trasportano carica positiva. Sono tipicamente di colore rosso o arancione, anche se sono stati osservati sprite di colori tra il verde e il blu. Data la grande quantità di energia trasportata e la loro scarsa prevedibilità possono risultare molto pericolosi per i veicoli coinvolti nella presa dati in situ. A volte lo sprite può essere preceduto da un halo, un fenomeno ottico che consiste in un arco luminoso formatosi nel cielo sopra la nube per diffusione della luce da parte dei cristalli di ghiaccio.

blue jet ; si tratta di scariche che si propagano dal top di un temporale fino a 40 50km in quota. A dierenza degli sprite non sono associati ad altri processi di fulminazione. Sono molto più luminosi degli sprite e, come suggerito dal nome, sono blu. Il colore sembrerebbe esser dato dall’emissione nel blu e nel vicino ultravioletto da parte delle molecole di azoto, neutre e ionizzate, che costituiscono i jet. I jet sono più difficili da osservare degli sprites in quanto non sono collegati ad altri fenomeni che possano darne un preavviso. Inoltre hanno una frequenza minore rispetto agli sprite, e la durata del singolo jet è generalmente inferiore al secondo.

blue starters ; si tratta di fenomeni luminescenti in moto ascensionale molto simili ai blue jet. Sono in genere più corti, in quanto raggiungono appena i 20km in quota, e luminosi dei jet. Così come i jet, anche gli starters appaiono di colore blu ed hanno una durata inferiore al secondo.

gigantic jet ; si tratta di eventi molto rari, simili ai jet per fenomenologia, ma più intensi ed estesi. Infatti si sono osservati gigantic jet estendersi no ai 70km di altezza nel tempo caratteristico di apparizione di un blue jet. Le velocità dei gigantic jet sono simili alle velocità dei fulmini nei primi microsecondi di vita, ma aumentano col diminuire della densità dell’atmosfera. La velocità terminale è raggiunta nei pressi della ionosfera, luogo in cui il jet dà vita ad una cascata luminosa.

elves; si tratta di bagliori di forma circolare, dal diametro medio di 400km e della durata di un millisecondo. Si trovano in ionosfera, a quote attorno ai 100km, sopra i temporali. Sono tipicamente di colore rosso. Sono probabilmente conseguenza dell’interazione tra gli impulsi elettromagnetici propagati dai fulmini e dalla ionosfera (Inan et al. 1997). Non sembrano correlati con la polarità dei fulmini dai quali hanno origine.

Lyons et al. (2006) riuscirono a classificare in maniera qualitativa le occorrenze di osservazioni dei TLE in relazione alle dimensioni e alla temperatura del top delle nubi, e alla ricettività radar dello strato sottostante. Riuscirono a dedurre che questi fenomeni si manifestano raramente al di sopra dei MCS, durante la stagione estiva, quando la temperatura delle nubi è maggiore di 55C. Sebbene molti TLE si manifestino in corrispondenza di picchi di riflettività radar superiore ai 55dBZ, non è raro trovarne anche a riflettività inferiori sopra regioni stratiformi che coprono aree superiori ai 20, 000km2. Sulla base di queste osservazioni, sono stati formulati dei criteri per valutare la probabilità di manifestazione dei TLE, che vengono utilizzati nei modelli di previsione meteorologica. Questi criteri permettono in primo luogo di classificare i sistemi nuvolosi in base alla frequenza di manifestazione dei TLE, come mostrato in figura 4.4. Tutti i sistemi temporaleschi

sono potenzialmente adatti a produrre TLE, ma solo alcuni hanno un’efficienza elevata. Ad esempio si può osservare, sempre dalla gura 4.4, come le regioni temporalesche che maggiormente producono scariche CTG positive con grandi valori di ∆Mq5 sono quelle stratiformi all’interno dei MCS.

4.2.1 Sprite.Tra gli eventi appena elencati, quelli che maggiormente vengono osservati in atmosfera sono gli sprite, in quanto, seppure sia molto bassa, hanno comunque una frequenza di accadimenti maggiore rispetto agli altri. Sono riconducibili a forti variazioni di una grandezza misurabile in un sistema elettrico, ovvero la variazione del momento di carica Mq. La grandezza in questione si ricava da monitoraggi riguardanti fulmini CTG collezionati su una regione di una certa ampiezza, sfruttando la risonanza di Schumann, e può essere rappresentata dalla seguente espressione matematica ∆Mq(t) = Zq Q(t) (4.1) dove Q(t) è l’ammontare di carica trasportata al suolo da un’altezza media Zq. I dati raccolti permettono di effettuare una media della grandezza in esame, che garantisce la rivelazione la presenza degli sprite, in quanto sono i parenti più prossimi dei fulmini. Alcuni studiosi ritengono infatti che gli sprite siano generati a partire dal return stroke di fulmini CTG trasportanti carica positiva, come fossero un loro prolungamento. In ogni caso quando si raggiungono valori di ∆Mq 100Ckm si ha un rapido incremento della probabilità di osservare la produzione di sprite. In particolare, quando ∆Mq 300Ckm. si ha una probabilità superiore al 75 􀀀 80% di osservare uno sprite. Curiosamente solo raramente sono stati osservati sprite in concomitanza con un valore negativo della variazione del momento di carica, coincidente con scariche CTG negative6. Questa anomalia può essere giustificata dal fatto che la corrente accorsa nelle scariche negative abbia un amperaggio piccolo rispetto a quanto misurato per le scariche positive e rispetto a quanto necessario per iniziare la sequenza di breakdown per lo sprite. Valori massimi di ∆Mq stimati perché lo sprite si manifesti sono dell’ordine dei 500Ckm Figura 4.4: Frequenza di osservazioni di TLE in corrispondenza dei principali sistemi nuvolosi dai quali si originano

4.2.2 Blue jet.Se gli sprite sono tra i TLE gli eventi maggiormente studiati e conosciuti, i jet sono stati i primi ad essere osservati e classificati. Fanno infatti parte della famiglia dei blue jet anche blue starters e gigantic jet, in quanto forme diverse, per estensione verticale ed intensità, dello stesso fenomeno. I jet rappresentano quindi la prima prova della possibilità di avere eventi elettrici in stratosfera e mesosfera. Tuttavia la natura di questi eventi non è ancora del tutto compresa. Una prima teoria venne formulata separatamente e contemporaneamente da Roussel-Dupré e Gurevich, Pasko, e Sukhorukov (1996). Consideravano infatti che il meccanismo grazie al quale avevano luogo le scariche fosse lo stesso, sia che si trattasse di fulmini propriamente detti o di jet. Per correlare teoria e misurazioni però è necessaria la presenza di condizioni estreme, non raggiunte nei temporali sopra i quali venivano osservati i jet. Sukhorukov e Stubbe (1998) e Petrov e Petrova (1999) suggerirono che la formazione del jet fosse da imputare allo stream prodotto al livello della corona di un leader. Quest’ultima teoria venne successivamente perfezionata da Pasko e George (2002) i quali cercarono di giusticarla tramite una simulazione numerica tridimensionale. Essi infatti riportarono, all’interno della loro pubblicazione sopra citata, tale considerazione riguardo la formazione di blue jet e blue starters:

I getti blu e gli starter blu sono considerati come corone di stelle filanti positive che si espandono dalle zone di stelle filanti dei conduttori di fulmini convenzionali in condizioni in cui i campi elettrici su larga scala vicino alle sommità delle nubi temporalesche superano il campo minimo richiesto per la propagazione delle stelle filanti positive nell’aria.

Nonostante ciò sembrerebbe che questa teoria debba essere scartata, in quanto per avere valori sufficientemente grandi di flusso è necessario un trasporto di carica per fulmine CTG irrealistico. Raizer et el. (2006; 2007) modicarono ulteriormente la teoria dei loro predecessori proponendo la bidirezionalità del leader che si ha all’interno degli anvil come causa della formazione dei jet. Infatti il leader orientato verso la ionosfera permette di aprire un canale ionico anche in questa direzione. La presenza dei forti campi elettrici inoltre garantisce l’accelerazione delle cariche, le quali raggiungono energie alle quali si ottiene emissione della caratteristica luce blu di questi eventi. Allo stato attuale l’ultimo meccanismo proposto sembra il più veritiero, anche se certezze a riguardo ce ne sono ancora poche.

Grazie ai dati raccolti da Yair et al. (2004), Blanc et al. (2004) e Cummer et al. (2006)rispettivamente dallo space shuttle, dalla International Space Station e dai monitoraggi satellitari (FORMOSAT), si può stimare il rate globale di TLE, seppure in maniera molto qualitativa, in poche scariche al minuto [24]. Perciò a livello qualitativo i TLE possono essere inseriti all’interno del circuito globale per giustificare il passaggio di carica dal top delle nubi temporalesche alla ionosfera. In base a report di recente divulgazione parrebbe che almeno una parte della comunità scientifica si stia orientando in questa direzione. Infatti seppure con occorrenze più basse, rispetto alle scariche CTG che trasportano cariche mantenendo attivo il circuito globale al di sotto della nube, i TLE trasportano una quantità di carica molto maggiore rispetto ai fulmini. Le difficoltà che occorrono nella misurazione dei TLE rendono la trattazione molto qualitativa. Ciò nonostante le sempre più continue osservazioni e la tendenza a investigare maggiormente questi fenomeni sembrano accordarsi con la posizione che i TLE si sono ritagliati all’interno del circuito globale.

4. Perchè ritengo che le COP rappresentino l’ipocrisia scientifica ambientale ed energetica?

https://WWW.SPAWHE.eu è l’acronimo di “Synergic Plants, Artificial Welling, Hidroelectromagnetic Energy”. Questo sito web è un libro aperto con disegni tecnici illustrativi accessibili a tutti, senza pagamento di nessun onere di accesso. Nella sostanza, asserisco che sul pianeta Terra, abbiamo sviluppato buone tecnologie, ma abbiamo sbagliato quelle più importanti, che ci avrebbero consentito di estrarre l’energia pulita direttamente dall’ambiente, in impianti antropici fissi e mobili. Sono stati trascurati, in particolare, i principi interattivi naturali, chimici, fisici, biologici, parzialmente individuati dagli scienziati delle generazioni precedenti a quella industriale, come Torricelli, Newton, Pascal, Henry, Dalton, Venturi. Questi principi, che il sottoscritto, senza mezzi economici, ha cercato inutilmente di rivalutare, avrebbero potuto facilmente dialogare con le invenzioni elettromagnetiche di Ferraris, Tesla, Maxwell, Lorentz, per estrarre l’energia pulita direttamente dall’ambiente senza nessuna estrazione dal sottosuolo, trasformazione industriale, distribuzione ai punti di utilizzo dell’energia. Quindi, potremmo dire che la maggior parte delle invenzioni energetiche sono risultate sbagliate in quanto hanno prodotto più danni che benefici all’ambiente, a parte l’energia elettrica. La quale però, per essere veramente utile all’ambiente, avrebbe dovuto essere prodotta e utilizzata direttamente sul posto in cui si produce oppure sul mezzo di trasporto che la produce al proprio interno, trasmettendo all’esterno soltanto la forza fisica necessaria per lo spostamento o eseguire i lavori agricoli e dei cantieri, senza interferire con l’energia globale terrestre illustrata molto bene nel capitolo precedente, non con parole del sottoscritto, ma con quelle dei relatori dell’università di Bologna nell’anno accademico 2012 – 2013. La stessa cosa si può dire anche per l’articolo di ricerca, molto più breve pubblicato nelle pagine precedenti (https://skepticalscience.com/translation.php?a=19&l=17), estratto ugualmente da internet. Questi due articoli sebbene non siano aggiornati con i dati attuali, dimostrano che il vapore acqueo e la quantità di CO2 nella atmosferica si influenzano a vicenda e il loro aumento nell’atmosfera è causato dagli impianti progettati dagli uomini. Se consideriamo che la percentuale di CO2 nell’atmosfera prima dell’era industriale era di 278 ppm e oggi è di 420 ppm, possiamo dedurre che anche il volume di vapore nell’atmosfera si sia incrementato in proporzioni ancora maggiori, in quanto, oltre agli gli impianti termici fissi e mobili, esistono anche le centrali nucleari, che non emettono CO2, ma immense quantità di vapore.

Sappiamo tutti che la molecola del CO2 è apolare e quindi non si scompone per effetti elettrostatici, ma soltanto per mezzo della chimica inorganica, che praticamente, nell’atmosfera non esiste. Quindi, la vera causa dei nubifragi e delle bombe d’acqua sono dovute alle molecole dell’acqua contenuta nell’aria atmosferica, che si polarizzano in ioni H+ e OH,anche se si presentano nelle nuvole come gocce di acqua o ghiaccio, queste conservano una densità molto superiore ai gas atmosferici (basti pensate che la densità dell’acqua a temperatura ambiente è 830 volte superiore all’aria). Noi sappiamo che la forza fluidodinamica è data dal prodotto della

pressione esercitata dalla fonte energetica per la densità del vettore energetico, pertanto la forza che produce i danni sul pianeta Terra è proporzionale alla quantità di acqua contenuta nel volume di aria che si sposta per mezzo dell’energia elettrica globale terrestre, che è un immenso fenomeno elettrostatico che, come è scritto nell’articolo suddetto produce sulla Terra circa 1500

fulmini al secondo, con valori di corrente variabili da 10 a oltre 200 KA.

Questi fenomeni naturali che si sono incrementati a causa della immensa quantità di vapore prodotto dalle invenzioni umane, non possono essere combattuti stanziando miliardi dollari o euro per riparare i danni, ma soprattutto cambiando il modo di progettare gli impianti del futuro scientificamente e tecnologicamente. Io non comprendo le ragioni per le quali l’intera scienza mondiale, non sia arrivata alla mia stessa conclusione. Cioè, che è necessario estrarre a freddo l’energia elettrica dall’ambiente terrestre. Ma soprattutto, producendola sul posto, dove serve, nel momento che serve, in impianti fissi e mobili, alla tensione, frequenza e intensità di corrente desiderata, senza l’attuale trasporto dell’energia elettrica su tralicci, esposti inutilmente all’ambiente atmosferico. Soprattutto, dobbiamo chiederci per quali ragioni le centrali di produzione di energia elettrica sono ancora termiche e nucleari, e richiedono per il trasporto l’elevazione della tensione fino a 380.000 V (380 kV), per poi distribuirsi attraverso sottostazioni di trasformazione alle reti con tensioni inferiori e alle cabine di riduzione della tensione per uso industriale o domestico. Gran parte del trasporto dell’energia, soprattutto in alta tensione, avviene su tralicci a diretto contatto con l’atmosfera terrestre, che già da sola produce fulmini e lampi dovuti ai campi elettrici naturali terrestri che come scritto nell’articolo della tesi di laurea del professor Francesco Barbano dell’anno 2012 – 2013 possono raggiungere i suddetti elevati valori di corrente, che per fortuna fortuna durano pochi instanti, ma sulla terra ferma, ugualmente producono immensi danni.

Gli anni 2012 – 2013 sono stati anni importanti anche per il sottoscritto, in quanto avevo concluso le mie invenzioni sulla pulizia dell’energia fossile e depositati cinque brevetti internazionali, di cui uno europeo, sul risparmio idrico domestico e la preparazione alla depurazione fognaria e quattro sulla depurazione globale che comprendevano anche la pulizia dell’energia fossile. Non trovando interlocutori pubblici e privati, constatai personalmente la potenza della ipocrisia scientifica mondiale. Pertanto avevo deciso di chiudere con tali fallimenti la mia attività di inventore. Improvvisamente, ebbi le prime intuizioni che riguardavano l’estrazione dell’energia pulita, a freddo, direttamente dall’ambiente. Non è stato un caso che nel 2014 ho realizzato il mio sito web https://www.spawhe.eu, trasformandomi anche in uno scrittore polemico verso le attuali istituzioni mondiali, comprese quelle scientifiche, dell’ambiente, dell’energia e della proprietà industriale delle invenzioni, che coinvolgono direttamente le Nazioni Unite, che organizzano le COP (Conferences Of Parties), le quali non premiano le invenzioni intellettuali ma solo quelle industriali, di chi può permettersi di pagare per anni le tasse di deposito e di mantenimento dei brevetti, che ovviamente, escludono completamente, chi non è legato ai centri di potere pubblici e privati, non potendo accedere a finanziamenti e a laboratori sperimentali. Non dobbiamo dimenticare che la chiave principale per estrarre l’energia a freddo dall’ambiente in impianti fissi e mobili, è la pompa con la doppia alimentazione separata fino alla girante, depositata nel 2015, che è anche un deposito di brevetto internazionale, ormai decaduto, come gli altri miei brevetti perché non ho pagato le tasse di mantenimento. Crolla anche l’attuale ignobile commercio commercio dei brevetti degli inventori pubblici verso le multinazionali che ha impedito di comprendere le mie invenzioni precedenti e anche quelle successive che comprendono l’estrazione dell’energia pulita direttamente dall’ambiente, che come quelle precedenti, sta invecchiando con zero finanziamenti. Da questo nasce il titolo della COP 28. Non è sufficiente che la scienza concordi che anche il vapore è un potentissimo strumento di riscaldamento globale, se non condivide le invenzioni che avrebbero consentito di estrarre a freddo l’energia dall’ambiente, come ha fatto il sottoscritto, nel 2014, semplicemente, capovolgendo le pompe sommerse nei bacini idrici per farle pompare nella direzione della forza gravitazionale e ponendo sotto di esse le turbine collegate ai generatori di corrente. Non ci vuole molto a comprendere, senza complessi calcoli matematici, che l’energia assorbita dal motore della pompa è molto inferiore all’energia prodotta dal generatore di corrente. Non ci vuole molto a comprendere che tale soluzione, oltre a produrre energia estratta dall’ambiente, trasferendo l’ossigeno contenuto nelle acque superficiali nei fondali avrebbe consentito di depurare gratis l’acqua stagnante dei bacini idrici naturali artificiali creando gratis un welling artificiale che oltre a depurare potrebbe anche anche favorire la produzione di pesce. Eppure, non mi risulta che a livello mondiale, nel 2023, questa pratica sia mai stata realizzata. Non è questa una amara constatazione della ipocrisia scientifica mondiale? Non ci dobbiamo meravigliare se la scienza è rimasta completamente indifferente alla invenzione del 2015, del sottoscritto che trova nella pompa con la doppia alimentazione separata fino alla girante la chiave per estrarre l’energia pulita dall’ambiente anche negli impianti mobili. Questa pompa, non avendo trovato interlocutori nella classe dirigente italiana, il sottoscritto, nel 2016, l’ha trasformata in un un brevetto internazionale, anche se dopo la delusione avuta dai precedenti brevetti internazionali taciuti, non avessi fiducia in nessuna delle attuali istituzioni pubbliche legate alla tutela della proprietà intellettuale delle invenzioni. Di conseguenza tutte le mie invenzioni successive che estraggono l’energia dall’ambiente sono invenzioni virtuali, non riconosciute dall’attuale burocrazia legislativa sulla proprietà intellettuale, che tra l’altro è riconosciuta a tutti gli autori di opere di intelletto, tranne agli inventori. Ovviamente, il problema riguarda solo gli inventori privati, in quanto gli inventori dipendenti dagli enti pubblici e dalle multinazionali sono tutelati dai contratti di lavoro che stabiliscono anche le quote spettanti agli inventori in caso di vendita dei brevetti o di commercializzazione delle invenzioni prodotte direttamente dalle aziende.

Purtroppo, il problema dell’energia estratta a freddo dall’ambiente terrestre è un problema irrisolto molto vecchio, in quanto, sia gli inventori dell’elettricità di fine 800 inizio 900, sia quelli attuali non hanno pensato che oltre a produrre l’energia elettrica, era ed è altrettanto importante individuare la migliore fonte primaria dalla quale estrarre l’energia elettrica. Per gli scienziati del passato, compreso Albert Einstein, era scontato che l’energia primaria fosse termica, e per quelli attuali è la stessa cosa, in quanto vogliono trasformare l’idrogeno in combustibile, mentre, per il sottoscritto è la fluidodinamica a temperatura ambiente l’energia primaria ideale, tramite lo sfruttamento dell’aria atmosferica compressa e il vettore energetico acqua, che sono presenti su tutto il pianeta, a qualsiasi altitudine e latitudine e a qualsiasi ora del giorno e della notte. Io non ho mai preteso la proprietà industriale delle mie invenzioni, che sono legate allo sviluppo di questo concetto, perché sarebbe immorale possederle, considerando l’importanza che potrebbero avere per lo sviluppo mondiale.

Gli attuali uomini potenti della Terra non hanno investito nemmeno un dollaro per verificare con una banale sperimentazione la possibilità di estrarre gratis l’energia dall’ambiente. Io non l’ho fatto personalmente soltanto perché ho iniziato a fare l’inventore da pensionato, con un’aspettativa di vita limitata, non sono interessato al successo economico ma a promuovere nuove idee di collegamenti interattivi tra varie invenzioni energetiche depurative alle quali fino ad ora nessuno ha pensato. Se mi fossi concentrato solo a realizzare la pompa con la doppia alimentazione separata non avrei avuto il tempo di pensare alle invenzioni successive che potrebbero portarci anche nello spazio senza combustibili ed energia nucleare.

Con i sistemi che ho proposto e descritto possiamo depurare, produrre energia, senza costi economici perché sul pianeta Terra tutto è interattivo alla velocità naturale terrestre. La scienza mondiale doveva fidarsi di più della natura terrestre e cercare la chiave per innescare localmente i processi interattivi a una velocità superiore sul suolo terrestre, nelle acque, e nell’atmosfera. Non è un caso che il mio sito web, sia nato nel 2014, con l’acronimo SPAWHE (Synergic Plants, Artificial Welling, Hydroelectromagnetic Energy). Questo acronimo significava che tale chiave, l’avevo finalmente individuata dopo nove anni di invenzioni interattive nei trattamenti depurativi tra acqua e aria che la scienza non ha mai messo insieme razionalmente per pulire contemporaneamente i fumi di combustione e i liquami organici nei sistemi fognari e nei depuratori. Infatti, mi ero accorto che se capovolgevo le pompe di circolazione dell’acqua e le facevo lavorare nella direzione della forza gravitazionale, queste in vece di consumare energia per sollevare le acque la potevano produrla mettendole in serie a un’altra pompa o una turbina collegata a un generatore di corrente. Infatti, nel 2015, ho inventato la pompa con la doppia alimentazione separata fino alla girante che ha le potenzialità di innescare i processi interattivi depurativi ed energetici anche negli impianti mobili. Oggi, senza che la scienza mondiale pubblica e privata, abbia mosso un solo dito in favore dell’innesco dei processi interattivi, noi abbiamo le potenzialità intellettuali per esportare l’interattività terrestre anche nello spazio e viaggiare anche in esso senza combustibili ed energia nucleare, semplicemente sommando insieme la spinta di Newton e Lorentz, con immensi vantaggi economici e soprattutto per la salute umana, in quanto tale energia essendo respirabile dagli uomini, consentirà di pressurizzare gli abitacoli degli astronauti e viaggiatori alla stessa pressione che abbiamo sulla Terra senza ammalarci di osteoporosi e disturbi cardiaci. Infatti, se è vero che noi non possiamo produrre nello spazio una mini forza gravitazionale per ogni navicella o astronave o container spaziale, possiamo almeno partire dalla Terra con tali mezzi di trasporto pieni di aria atmosferica alla pressione atmosferica e conservare tale riserva depurandola dal C02 per l’intero viaggio, integrandola per mezzo della fotosintesi clorofilliana artificiale con altra aria mentre produciamo piante alimentari idroponiche visto che non  possiamo praticare nello spazio l’agricoltura tradizionale. Dal mio punto di vista la corsa nello spazio avrebbe dovuto essere la prova del nove dell’attuale sviluppo mondiale. Invece, anche la corsa è partita con invenzioni sbagliate, termiche e nucleari, che non sfruttando i principi interattivi terrestri non fanno parte del nostro DNA e già stanno distruggendo il pianeta in meno di duecento anni di sviluppo industriale completamente sbagliato, per quanto riguarda la scelta della fonte primaria dell’energia. Mentre l’energia elettrica è certamente la più importante delle energie indotte. Tuttavia, questa energia indotta non potrà mai riuscire a portarci nello spazio se non si separa completamente dalle fonti di calore che impediscono di sommare insieme la spinta di Newton e Lorentz per gli evidenti problemi che comportano le temperature elevate, gli ingombri e  i pesi degli impianti di raffreddamento e di depurazione e i serbatoi dei combustibili. Ma soprattutto, per il fatto che le energie termiche nucleari si  consumano, non sono respirabili né possono essere bevute e mangiate dagli uomini, mentre l’acqua e l’aria atmosferica possono essere rigenerate all’infinito e produrre anche alimentazione umana. Quindi, negli ultimi due secoli la classe dirigente politica scientifica economica ha sbagliato completamente lo sviluppo scientifico e tecnologico, sia dal punto di vista ambientale che da quello economico e  continua a sbagliare con la presunzione di  portare questo sistema nello spazio senza avere nessuna possibilità di garantire la sopravvivenza degli esseri umani anche dal punto di vista fisiologico. Tutto il contrario dell’energia interattiva del sottoscritto che non solo è respirabile e bevibile dall’uomo, potrebbe anche allungare la vita umana con il cuore artificiale ossigenatore del sangue autonomo energeticamente che è un’altra invenzione del sottoscritto, che non sarebbe altro che la miniaturizzazione di due piccolissimi impianti con autoclavi pressurizzate, mini turbina con generatore di corrente e pompa di riciclo con la doppia alimentazione separata fino alla girante. Uno sostituirebbe il ventricolo destro e uno il sinistro.

L’attuale scienza spaziale, probabilmente, ancora non ha pensato come potrebbero essere concepiti gli ambienti in cui dovrebbero vivere le famiglie degli astronauti, mentre al sottoscritto quando ha deposto il brevetto 29.07.2021 https://www.spawhe.eu/sistema-di-cattura-polveri-interstellari-e-impianti-ambientali-spaziali/, è venuto in mente il mio brevetto europeo che nessuno ha mai finanziato. Che piacque al professor Luigi Caponetto, ex presidente dell’Enea che mi invito appositamente per discuterne nella loro sede di Firenze nel 2009. Purtroppo, come ho raccontato in precedenti articoli, il professor Caponetto fu sostituito alla presidenza dell’Enea e chi lo sostituì alla guida dell’ente non era interessato alla mia soluzione. Tuttavia quel progetto è ancora valido e soprattutto negli impianti antropici spaziali sarebbe indispensabile abbinato alla altrettanto indispensabile pressurizzazione degli ambienti alla pressione atmosferica e alla circolazione dell’aria nel senso della forza gravitazionale universale, la quale potrebbe essere rinforzata con la circolazione fluido dinamica inventata del sottoscritto dopo l’invenzione della pompa con la doppia alimentazione separata fino alla girante che consentirebbe di utilizzare i servizi igienici, i rubinetti dell’acqua e il wc come li usiamo sulla terra per mezzo della depressione che possiamo creare sul collettore di raccolta degli scarichi igienici e allo scarico del WC per mezzo di piccolo miscelatore frullatore che convoglierebbe il liquame nel serbatoio in bassa pressione che alimenta una delle due bocce di aspirazione della pompa con la doppia alimentazione separata fino alla girante, che consente di inserire l’acqua usata e le feci frullate nel circuito di riciclo delle acque pressurizzate da depurare. Come sappiamo, oggi gli astronavi fanno la pipì in appositi contenitori chiusi affinché possa essere recuperata e riciclata in un apposito impianto. Mentre le feci si fanno in appositi contenitori di plastica che periodicamente si disperdono nello spazio. Con il mio sistema, ancora in cerca di finanziatori terrestri, avremmo potuto risolvere anche il problema dei servizi igienici spaziale producendo concime organico alle suddette coltivazioni idroponiche spaziali.

Nella figura sotto è riportato un container spaziale con servizi igienici, dove ingrandendo la figura si può vedere l’inserimento del miscelatore frullatore.

Gli attuali centri di centri di potere terrestri sono schierati su fronti opposti ma usano le stesse fonti energetiche e le stesse armi di distruzione. Nessuno dei 196 stati sovrani ha speso un solo euro per verificare se è possibile estrarre gratis l’energia dall’ambiente e creare lavoro per tutti partendo proprio dalla demolizione degli impianti energetici sbagliati fissi e mobili e correggendo quelli depurativi. Non dobbiamo dimenticare che il sistema energetico basilare, proposto dal sottoscritto ha le potenzialità di essere miniaturizzato, per realizzare cuori artificiali che produrranno energia internamente al corpo umano ossigenando il sangue e di conseguenza, allungando la durata della vita umana. Potenzialmente, potremmo fare a meno di organi che oggi sono indispensabili per respirare e digerire. Nel futuro le persone anziane potranno nutrirsi con soluzioni fisiologiche, muovesi con arti artificiali, vedere con telecamere, parlare e ascoltare molte lingue con l’intelligenza artificiale. Tutti questi futuri vantaggi, oggi sono boicottati dalla scienza legata ai centri di potere, dagli imprenditori che hanno investito in tecnologie obsolete e dai governi che hanno consentito l’attuale commercio dei brevetti, che è senso unico, dal pubblico al privato. Pertanto, la scienza pubblica mondiale non svolge il ruolo imparziale che dovrebbe avere in favore dell’intero popolo mondiale. E’ questa l’unica ragione per la quale sono ancora solo a parlare di energia interattiva, dopo averla applicata dappertutto virtualmente negli impianti domestici, fognari, urbani, depuratori urbani, fluviali, marini, dissalatori, welling artificiale, distribuizione edrica ed energetica, trasporti terrestri marini sottomarini, aeronautici e spaziali. Concludo questo articolo riportando soltanto le figure degli articoli pubblicati in ordine cronologico nella filastrocca di SPAWHE.eu che rappresentano un virtuale avanzamento dello stato depurativo ed energetico che i governi mondiali e le Nazioni Unite non hanno mai voluto sperimentare. Anzi le hanno ostacolate a livello legislativo, pretendendo il pagamento di tasse sui brevetti concessi non finanziati da nessuno e rifiutando la concessione di brevetti con argomentazioni non scientificamente corrette, come l’accusa di moto perpetuo.

Layout di un sistema di recupero e depurazione acqua per servizi igienici con maxi box per un luogo pubblico -Layout of a water recovery and purification system for toilets with maxi boxes for a public place

Schema elettroidraulico di un sistema di recupero e depurazione acqua per servizi igienici con maxi box per un luogo pubblico -Electro-hydraulic diagram of a water recovery and purification system for toilets with maxi boxes for a public place

Schema di un sistema di dosaggio calcio all’acqua di scarico attraverso i servizi igienici con maxi box per la prevenzione della formazione di idrogeno solforato nelle fogne – Scheme of a wastewater calcium dosing system through toilets with maxi boxes to prevent the formation of hydrogen sulphide in the sewers.

Sezione longitudinale impianto di depurcogeptoduzione coperta globale – Longitudinal section of global indoor sewage treatment plant

Sezione trasversale impianto di depurcogeptoduzione coperta globale -Cross section of global indoor sewage treatment plant

Sistema combinato di sedimentazione, disidratazione, stabilizzazione chimica dei fanghi con polveri di calcio – Combined system of sedimentation, dehydration, chemical stabilization of sludge with calcium powders

Autobotte per espurgo con disidratazione e stabilizzazione chimica dei fanghi con polveri di calcio -Tanker for drainage with dehydration and chemical stabilization of sludge with calcium powders

Sistema mobile di disidratazione e stabilizzazione fanghi con polveri di calcio in sacchi drenanti Mobile sludge dehydration and stabilization system with calcium powders in draining bags

Sezione trasversale fabbricato lineare di produzione ortaggi con stagni biologici sovrapposti, sedimentatori, disidratori consumo di CO2 e alcalinizzatori diacqua in serre calcaree – Cross section of linear vegetable production building with superimposed biological ponds, sedimentation tanks, CO2 consumption dehydrators and water alkalizers in limestone greenhouses

Schema impianto di depurazione globale urbana con sistema di cattura e neutralizzazione CO2 e smog -Scheme of a global urban purification plant with CO2 and smog capture and neutralization system

Depuratore coperto per acque urbane e fluviali con recupero e neutralizzazione CO2 e produzione di energia solare – Covered purifier for urban and river water with CO2 recovery and neutralization and solar energy production.

Sezione depuratore coperto per acque urbane e fluviali con recupero e neutralizzazione CO2 e produzione di energia solare -Cross section covered purifier for urban and river water with CO2 recovery and neutralization and solar energy production.

Il disegno sopra riportato, estratto dall’articolo https://www.spawhe.eu/i-governi-mondiali-che-rifiutano-lestrazione-dellenergia-pulita-dallambiente-rifiutano-una-perenne-manna-scientifica-caduta-dal-cielo/ fa vedere schematicamente come potrebbe essere possibile realizzare dei tunnel di attraversamento sommersi, soprattutto alle estremità dei singoli canali navigabili con piccole imbarcazioni che non sono disturbate nella loro navigazione. L’energia prodotta attraverso i generatori di corrente idro elettromagnetici compressi realizzabili nei vani di accesso al tunnel sommerso e i generatori di corrente sommersi possono fornire tutta l’energia che serve per alimentare l’illuminazione stradale della città lagunare, alimentare i compressori che alimentano i diffusori di aria, sollevare e abbassare le paratoie e sollevare e restituire al mare le acque che riescono a infiltrarsi attraverso le guarnizioni di tenuta delle paratie. Sempre con costi energetici uguali a zero per quanto riguarda i processi di estrazione, raffinazione, trasporto, depurazione, dell’energia prodotta. Gli unici costi che sosterranno i cittadini delle città lagunari come Venezia saranno quelli dovuti all’usura delle macchine che funzioneranno per tutto l’anno per innescare i processi energetici e depurativi che come sappiamo, non possono avvenire da soli. Questi processi, come descritto nel titolo di questo articolo sono una autentica manna scientifica caduta dal cielo ancora incompresa dagli attuali consulenti scientifici dei governi mondiali. Altro che i costi di investimenti e gestionali che sono addebitati al popolo italiani dal mostro di Venezia (ogni sollevamento è costato 272 mila euro, mentre nel 2021-2022 i costi sono scesi a 211 mila euro per sollevamento, grazie soprattutto a miglioramenti nelle procedure: per esempio, in passato per alzare le paratoie erano necessari 60 minuti, mentre ora ne bastano 30)

Io non ho depositato come brevetto questa ulteriore soluzione ambientale ed energetica perché non credo che le attuali istituzioni mondiali siano in grado di recepire queste innovazioni, altrimenti avrebbero compreso anche le altre mie quaranta invenzioni precedenti su questi argomenti, che ancora aspettano che qualche paese le realizzi, nonostante, legalmente, nessuno, pubblico o privato, deve nulla all’inventore, che non ha pagato le tasse di mantenimento sui brevetti concessi e non ha fatto opposizioni legali sui brevetti non concessi. E’ chiaro che c’è qualcosa di molto grave, che non quadra, nella intera classe dirigente mondiale.

Conclusioni

Le numerose figure riportate in questo articolo sono state estratte dai 109 precedenti articoli riportati sul sito https://www.spawhe.eu che descrivono nel dettaglio uno sviluppo alternativo mai avvenuto sul pianeta Terra. Quindi, si potrebbe dedurre che questo sito web sia stato creato dalla fantasia dello scrittore, che sarei io. Si basa invece su principi fisici, chimici, biologici, tecnologie esistenti, messe insieme dal sottoscritto diversamente negli impianti antropici esistenti per favorire e innescare i naturali processi interattivi che porterebbero gradualmente alla depurazione globale e all’estrazione della fonte di energia e il vettore energetico ideale, già individuati dalla natura, che non sono altro che aria comprimibile e acqua incomprimibile, conservate rispettivamente allo stato gassoso e liquido (cioè a temperature e pressioni terrestri normali), in modo da poter interagire sia nei processi depurativi che energetici con minori costi e nessun effetto collaterale indesiderato. Purtroppo questo sistema globale, che non consuma né la fonte energetica né il vettore energetico, che si rinnovano automaticamente al termine dei processi, realizzati completamente con aria allo stato gassoso e acqua allo stato liquido, non è stato compreso dalla attuale società dei consumi, che con la combustione e l’energia nucleare hanno prodotto immense quantità di CO2 e vapore che, essendo gas serra, hanno alterato l’intero equilibrio climatico terrestre. Purtroppo, sul pianeta Terra, abbiamo creato una classe dirigente che trae profitto dagli attuali sistemi energetici e depurativi e trae profitto anche dalle opere di ricostruzione indispensabili per riparare i danni causati dalle sempre più frequenti tempeste, alluvioni, siccità e incendi in tutto il mondo. Pertanto, nell’attuale società dei consumi, i pochi ricchi diventano sempre più ricchi e i numerosi poveri sempre più poveri.

Nel seguente articolohttps://futurism.com/the-byte/scientists-warn-climate-collapse-2100 pubblicato sulla rivista BioScience, si afferma che è stato co-firmato da più di 15.000 scienziati di 161 paesi un documento che avverte che “la vita sul pianeta Terra è sotto assedio” mentre continuiamo a precipitare sempre più velocemente verso il collasso ambientale. Io mi domando quali sono le soluzioni che propongono questi scienziati al di fuori delle solite rinnovabili che non valgono niente rispetto ai sistemi depurativi ed energetici interattivi. Io credo di aver dimostrato praticamente che il pianeta Terra, purtroppo, è governato da lobby di potere, non solo politiche ed economiche ma anche scientifiche ed accademiche, altrimenti almeno qualcuna di queste invenzioni avrebbe dovuto essere stata sperimentata e si saprebbe se funziona o non funziona. Non dico questo perché sono un anarchico rivoluzionario, perché ho regolarmente pagato le tasse di deposito per quaranta brevetti previste dallo stato italiano, che ha avuto governi di sinistra e di destra negli anni dal 2007 al 2023. Ho pagato anche le tasse per cinque brevetti internazionali e uno europeo. Non ho potuto pagare le tasse di mantenimento dei diciassette brevetti che mi sono stati concessi, a livello nazionale e internazionale perché non ho trovato finanziatori pubblici e privati. Non ho potuto pagare nemmeno le tasse previste dalle leggi per fare ricorsi legali contro i ventitré brevetti che non mi sono stati concessi, soprattutto perché gli uffici brevetti erano e sono ancora convinti, che il sottoscritto, pretendendo di estrarre l’energia direttamente dall’ambiente, vorrebbe realizzare il “moto perpetuo”. Sono stato lasciato solo dalla intera scienza mondiale. E’ stato inutile spiegare ai burocrati laureati nelle università italiane ed europee, che il moto perpetuo non appartiene alla mia cultura di inventore essendo semplicemente inutile, non potendo consumare e nemmeno produrre energia. Le mie invenzioni sono basate su una lunga esperienza acquisita nella installazione di impianti industriali e ambientali che, sono imperfetti, sul piano organizzativo del lavoro, poiché non sfruttano sufficientemente i principi interattivi esistenti in natura, dovuti soprattutto, alla forza gravitazionale e l’elettromagnetismo che la scienza terrestre ha saputo inventare, ma non sfruttare adeguatamente per estrarre l’energia primaria pulita alla temperatura e alla pressione atmosferica. La mia attività di inventore si è concentrata, soprattutto, sulla fluidodinamica dell’acqua e dell’aria e l’elettromagnetismo terrestre che non ha nulla a che vedere con le attuali rinnovabili che sono comunque energie commerciali mono disciplinari che non sono in grado di sfruttare la forza gravitazionale e l’elettromagnetismo terrestre per collegarsi all’elettromagnetismo universale, fino a sommare insieme la forza di Newton e Lorentz che si può sommare solo a freddo in impianti fissi e mobili. Infatti, tutte le mie invenzioni sono basate a migliorare i contatti tra l’acqua e l’aria prima a livello depurativo e nelle invenzioni successive, a migliorare la forza che acqua e aria possono produrre insieme accoppiate all’elettromagnetismo terrestre, che è molto diverso da quello universale, essendo sviluppato con magneti permanenti, bobine di fili protetti con vernici isolanti, certamente non adatte all’energia nucleare e termica. Queste mie considerazioni, che stranamente, sul pianeta Terra, sembra ne nessuno abbia fatto, ci potrebbero consentire di estrarre gratis l’energia dall’ambiente in ogni angolo della Terra, in impianti antropici piccoli e grandi, fissi e mobili senza combustibili, energia nucleare e rinnovabili poco efficienti e ingombranti, come spiegato ampiamente nelle mie invenzioni e articoli pubblicati su  https://www.spawhe.eu . Come pensionato, io non appartenendo al mondo accademico, né a quello della politica, né a quello degli imprenditori, né a quello delle multinazionali, ho potuto soltanto depositare dei brevetti intellettuali, che hanno ottenuto risultati disastrosi dal punto di vista del consenso scientifico istituzionale, in quanto l’attuale scienza è troppo impegnata a collaborare soltanto con le multinazionali vecchie e nuove, attraverso il commercio dei brevetti a senso unico, dagli enti pubblici alle multinazionali. Le vecchie multinazionali hanno prodotto il riscaldamento globale, rimettendoci anche economicamente. Quelle nuove sono ugualmente sbagliate non avendo la forza e l’interattività per agire dove serve, nel momento che serve, in modo semplice ed economico, senza le trasformazioni industriali, la commercializzazione e il trasporto dell’energia. E’ una vergogna mondiale che sul pianeta Terra non sia stato ancora speso un solo euro per sperimentare le soluzioni depurative ed energetiche interattive. Personalmente, io che ho vissuto oltre cinquanta anni delle attuali esperienze industriali e ambientali sono molto deluso da tutte le istituzioni mondiali, nessuna esclusa. Tuttavia ritengo che il pianeta Terra dovrebbe essere governato scientificamente, perché al contrario della giustizia, che pur cercando di essere imparziale, può condannare persone innocenti e assolvere i colpevoli, la scienza non può commettere errori, a patto che tutto sia sperimentato e verificato praticamente attraverso prototipi dimostrativi dell’efficienza delle invenzioni prima di produrle in miliardi di esemplari, come è stato fatto con le attuali invenzioni delle multinazionali. Ma anche le grandi opere pubbliche pubbliche come le dighe che hanno prodotto più disastri che benefici. Non si può accettare nulla a scatola chiusa. Per questo esistono i brevetti che descrivono alle autorità preposte come sarà realizzata l’invenzione e come funziona. Ma i brevetti possono avere obiettivi di produzioni commerciali e di pubblica utilità. Non è difficile individuare la differenza tra brevetti commerciali e di pubblica utilità, eppure, gli inventori privati che si occupano di tali tipi di problemi sono puniti dai legislatori, per lasciare il campo libero agli inventori istituzionali, che come detto, non pagando tasse di deposito e di mantenimento (pagate dai contribuenti), collaborano soltanto con le multinazionali, isolando gli inventori che cercano di fare il lavoro che avrebbero dovuto fare loro, senza finanziamenti, laboratori e officine per testare le invenzioni interattive, che sono le sole che potrebbero salvare la vita del pianeta, ridurre l’attuale divario tra ricchi e poveri, salvare polte vite dai disastri climatici e perfino allungare la durata durata della vita umana, perché anche il corpo umano beneficiare della purificazione del sangue per mezzo di un cuore artificiale che sfrutta i principi interattivi. Ci vorrebbe un minimo di coerenza da parte dei governi e delle Nazioni Unite. Non si dovrebbero richiedere agli inventori che si occupano di problemi ambientali e sociali, tasse da pagare oltre a quella di deposito, che dovrebbe essere una tassa simbolica. Addirittura le Nazioni Unite si dovrebbero assumere l’onere della sperimentazione, in favore di tutti i paesi del mondo. Questa logica elementare non esiste nelle attuali autorità governative e nelle Nazioni Unite. La pace si costruisce anche e soprattutto con le invenzioni giuste al posto giusto. Infatti durante i disastri climatici, sismici, le prime cose che vengono a mancare sono l’energia e l’acqua pulita che non protrerrebbero mai mancare se l’acqua fosse il vettore energetico e l’aria pulita e la forza gravitazionale fosse la fonte primaria dell’energia mondiale, come propone il sottoscritto dal 2015, mentre la scienza stessa, che fa inutili appelli non ha speso una parola per chiedere la sperimentazione delle invenzioni interattive. La mia proposta pubblicata il 28. 02. 2020. di realizzare una società per azioni per sopperire agli errori, omissioni e opportunità sprecate dalla scienza e dai centri di potere mondiali, fino ad ora, non ha raccolto nemmeno un euro. https://www.spawhe.eu/it/una-societa-per-azioni-globale-contro-gli-errori-omissioni-e-opportunita-sprecate-dalla-scienza-e-dai-centri-di-potere-mondiali/

Per tutte queste ragioni affermo che la COP 28 non può non essere altro che il solito convegno dell’ipocrisia scientifica, come le ventisette COP precedenti.

Per pura combinazione? Il 26.11.2023 ore 20,25 avevo appena pubblicato questo articolo sul mio sito web https://www.spawhe.eu, quando ho ricevuto una proposta di acquisto del mio sito Web. Io risponderò a questa proposta, di cui non comunico il mittente, nel seguente modo: non posso vendere il mio sito web in quanto è indissolubilmente legato alle mie invenzioni che sono state pensate nell’interesse del pianeta e dell’intero popolo mondiale, pertanto è ancora valida la mia suddetta proposta di realizzare una società per azioni sperimentatrice di nuove soluzioni fino ad ora non sperimentate. Chi crede in queste proposte ha l’opportunità di comprare il maggior numero di azione, dimostrando di volere veramente la pace e lo sviluppo generale. Come ho scritto in questo articolo e in articoli precedenti, le attuali Nazioni Unite che gestiscono le COP, la proprietà intellettuale e industriale dei brevetti, hanno fallito clamorosamente nel loro compito, consentendo la produzione del riscaldamento globale, l’iniqua distribuzione della ricchezza mondiale. Probabilmente, anche le guerre e la strage di persone civili e bambini, che sono del tutto estranei agli attuali giochi di potere, che comunque hanno ignoranze scientifiche, perché la scienza non può sbagliare se sperimenta tutte le soluzioni, prima di produrle su larga scala, come ancora sta facendo con le attuali invenzioni sbagliate totalmente o parzialmente.

Luigi Antonio Pezone