Il muggito primordiale di tuono è uno degli elementi più familiari e impressionanti del paesaggio sonoro del nostro pianeta – e spacca le orecchie abbastanza a distanza ravvicinata da mandare più di un paio di cani, bambini e, sì, anche adulti che si arrampicano per copertina.
L'ampia gamma di parole che usiamo per descrivere i suoni del tuono: boom, crack, clap, roll, peal, rombo, brontolii, ruggiti – riflettono il fatto che ciò che sentiamo produrre da un fulmine varia in volume, nitidezza e durata.
I diversi suoni sono dovuti alla nostra posizione rispetto al fulmine in questione e all'effetto della densità dell'aria, degli oggetti e di altri fattori fisici.
La causa del fulmine
La scarica elettrica chiamata fulmine si verifica nei temporali grazie al tumultuoso movimento d'aria che si verifica al loro interno. I cristalli di ghiaccio e i fiocchi di neve ghiacciati chiamati graupel si scontrano tra loro all'interno della nuvola temporalesca (cumulonembo), con il risultato che i cristalli si caricano positivamente e il graupel si carica negativamente.
Le correnti ascensionali portano i cristalli di ghiaccio nella corona della testa di tuono mentre il graupel più pesante si concentra nel mezzo e strati inferiori, il che significa che la parte superiore della nuvola ora elettrificata sviluppa una carica positiva e la parte inferiore una negativa uno.
La tensione si accumula tra aree di carica opposta, causando lampi all'interno del temporale e tra le nuvole. Queste scariche all'interno della nuvola e da nuvola a nuvola rappresentano la maggior parte dei fulmini in una tempesta, ma si verificano anche colpi da nuvola a terra.
Questi si verificano perché le cariche simili si respingono a vicenda, il che significa che la parte inferiore caricata negativamente della nuvola temporalesca sposta le cariche negative dal terreno sottostante mentre attira cariche positive.
L'aria in mezzo inizialmente isola dalle scariche elettriche, ma una volta che voltaggio accumula abbastanza, un flusso iniziale di cariche negative - il charges capo pilota – scorre dal ventre della nuvola al suolo. Man mano che il flusso continua, si sviluppano canali per il movimento di particelle cariche tra la nube e il suolo sotto forma di leader a gradini.
Il corsa di ritorno è la potente ondata di corrente dalla terra alla nube lungo questi canali, che produce il lampo ardente che vediamo come un fulmine.
La fonte del tuono
Lo scarico della corsa di ritorno riscalda l'aria intorno al canale di tensione a circa 50.000 gradi Fahrenheit. Questo riscaldamento estremamente rapido crea una violenta espansione dell'aria che viene lanciata verso l'esterno dal fulmine come un'onda d'urto. Quell'onda d'urto esplosiva e la conseguente compressione producono il suono del tuono.
Poiché la velocità della luce è maggiore della velocità del suono, vediamo il bagliore del fulmine prima di sentire il tuono risultante; l'intervallo tra il lampo e il boom rappresenta la distanza dell'osservatore dal fulmine. Ogni cinque secondi che puoi contare tra il fulmine e il tuono rappresenta circa 1 miglio.
Applausi e tuoni scroscianti
Di solito puoi sentire un tuono da una tempesta entro circa 15 miglia dalla tua posizione, occasionalmente più lontano. Un fulmine nuvola-terra che si scarica abbastanza vicino a te produrrà un forte battito di mani o un crepitio di tuono mentre la forte onda d'urto sonora dalla parte del fulmine più vicina alla tua posizione ti raggiunge reaches primo.
Segue un rombo di tuono prolungato e calante mentre l'orecchio registra le onde d'urto dalle parti più alte e più distanti del canale del fulmine.
Le fluttuazioni di volume del tuono possono essere dovute alla forma a zig-zag e spesso biforcuta di un fulmine, differenze di densità dell'aria lungo il canale del fulmine prevalentemente verticale e onde sonore rimbalzare su nuvole, pendii e altri ostacoli: una combinazione di suoni smorzati e distorti dalla distanza e dagli echi.
Se sei a una certa distanza da un temporale, potresti sentire solo tuoni che rimbombano o rimbombano. Puoi vedere un fulmine ma è troppo lontano per sentire come viene spesso chiamato il tuono lampo di calore, anche se stai tranquillo che fa ancora rumore.