Nel giugno del 2024, un gruppo di ricercatori di meteorologia e scienze atmosferiche della Penn State intraprese un viaggio lungo la costa orientale a bordo di una Toyota Sienna del 2013 modificata. Il furgone era dotato di uno strumento meteorologico telescopico costruito su misura che si estendeva dal tetto. Il loro obiettivo era quello di rintracciare i temporali estivi quasi quotidiani della Florida e osservare un fenomeno che non era mai stato confermato al di fuori di un laboratorio.
Questo fenomeno, noto come scarica a corona, consiste in minuscole scariche elettriche che si formano sulle punte delle foglie. Questi deboli impulsi elettrici possono far sì che le cime degli alberi emettano una tenue luminescenza nella gamma ultravioletta (UV). Gli scienziati sospettano da oltre 70 anni che le foreste possano produrre questi effetti durante le tempeste a causa di un’insolita attività del campo elettrico, ma prove dirette in natura erano rimaste finora elusive.
Un mistero di lunga data finalmente messo alla prova sul campo.
Il team di ricerca comprendeva William Brune, illustre professore di meteorologia e scienze atmosferiche; Patrick McFarland, dottorando nello stesso campo; Jena Jenkins, assistente professoressa di ricerca; e David Miller, ex professore associato di ricerca ora in servizio presso il Penn State Applied Research Lab. Il loro obiettivo era documentare per la prima volta le scariche a corona che si verificano in natura.
La Florida fu scelta per via dei suoi frequenti temporali, che sembravano ideali per lo studio. Tuttavia, il tempo non fu collaborativo come previsto. Per tre settimane, McFarland e Brune seguirono temporali di breve durata che si dissiparono rapidamente, lasciandoli senza dati utili.
Osservazione rivoluzionaria nella Carolina del Nord
Mentre la squadra si avviava a tornare in Pennsylvania, le condizioni meteorologiche cambiarono. A ovest dell’Interstate 95 si svilupparono forti e prolungati temporali. Cogliendo l’occasione, i ricercatori si fermarono all’Università della Carolina del Nord a Pembroke e installarono la loro attrezzatura in un parcheggio. Puntarono gli strumenti verso i rami superiori di un albero di Liquidambar situato a circa 30 metri dal loro furgone.
Un temporale è persistito per quasi due ore, portando pioggia battente e frequenti fulmini. Durante questo periodo, il team ha registrato scariche a corona sull’albero di Liquidambar e ha osservato un’attività simile anche su un vicino pino palustre a aghi lunghi, man mano che il temporale si attenuava. Queste osservazioni hanno rappresentato la prima rilevazione confermata di scariche a corona in un ambiente naturale. I risultati sono stati successivamente pubblicati su Geophysical Research Letters.
“Questo dimostra che la scienza continua a fare scoperte”, ha affermato McFarland, autore principale dell’articolo. “Per oltre mezzo secolo, gli scienziati hanno teorizzato l’esistenza del coronavirus, ma questa scoperta ne fornisce la prova”.
Come si formano le scariche di Corona durante i temporali
Secondo i ricercatori, le scariche a corona si verificano a causa di forti squilibri elettrici durante i temporali. Le nubi temporalesche sviluppano grandi cariche negative che attraggono le cariche positive presenti al suolo. Questa carica positiva si sposta verso l’alto attraverso gli alberi, concentrandosi nei punti più alti, come le punte delle foglie.
In corrispondenza di queste minuscole strutture simili a capelli, il campo elettrico diventa sufficientemente intenso da produrre una debole luminescenza visibile sia nella luce visibile che nell’ultravioletto. La radiazione UV generata da questo processo può scindere le molecole di vapore acqueo, portando alla formazione di gruppi idrossilici.
Chimica atmosferica ed effetti di purificazione dell’aria
Il radicale idrossile svolge un ruolo chiave nell’atmosfera come principale agente ossidante. Gli agenti ossidanti contribuiscono a rimuovere gli inquinanti reagendo con le sostanze chimiche presenti nell’aria e trasformandole in sostanze più facili da eliminare. Queste reazioni coinvolgono composti rilasciati dagli alberi, così come inquinanti di origine antropica, tra cui il metano, un potente gas serra.
Precedenti studi del team hanno dimostrato che le scariche a corona potrebbero rappresentare una fonte significativa di questi agenti purificanti dell’atmosfera all’interno delle chiome degli alberi. Ciò rende il fenomeno potenzialmente importante per la qualità dell’aria e i processi climatici.
Analisi di laboratorio e conferme sul campo
I ricercatori avevano già studiato questo effetto in esperimenti controllati. Applicando impulsi elettrici ad alta tensione e bassa corrente ai rami degli alberi, avevano riscontrato una forte correlazione tra le emissioni UV delle scariche a corona e la produzione di idrossile. Sia in quegli esperimenti che nelle recenti osservazioni sul campo, avevano inoltre notato lievi danni alle foglie nei punti in cui si formava la corona.
Per osservare il fenomeno all’aperto, il team ha creato il Corona Observing Telescope System. Questo strumento è un telescopio newtoniano collegato a una telecamera sensibile ai raggi UV. Include funzionalità di geolocalizzazione, sensori per misurare l’elettricità atmosferica e un sistema di calibrazione che utilizza una lampada a mercurio. Il sistema blocca le lunghezze d’onda UV solari in modo che solo la corona solare, i fulmini e gli incendi possano produrre segnali rilevabili.
Centinaia di eventi Corona immortalati
Utilizzando questo sistema nella Carolina del Nord, il team ha registrato 859 eventi corona sull’albero di Liquidambar e 93 sul pino palustre. Ogni evento è durato da una frazione di secondo a diversi secondi, secondo McFarland. Ulteriori osservazioni sono state effettuate durante altri quattro temporali e su quattro diverse specie di alberi.
“È quasi invisibile a occhio nudo, ma i nostri strumenti ci mostrano ampie zone di scintillante corona luminosa al passaggio dei temporali”, ha affermato McFarland. “Corone così diffuse hanno implicazioni per la rimozione degli idrocarburi emessi dagli alberi, per i lievi danni alle foglie e potrebbero avere conseguenze più ampie sulla salute degli alberi, delle foreste e dell’atmosfera.”
Domande aperte sugli alberi e sull’ambiente
Sebbene il team abbia confermato che le scariche a corona si verificano in natura, rimangono molti interrogativi. I ricercatori vogliono capire se questi eventi elettrici danneggino gli alberi o se apportino loro qualche beneficio. Stanno anche studiando se gli alberi si siano adattati a tollerare o addirittura a trarre vantaggio da questo processo e se la conseguente purificazione dell’atmosfera apporti benefici agli ecosistemi forestali.
Per approfondire questi interrogativi, gli scienziati stanno avviando collaborazioni con ecologi e biologi specializzati nello studio degli alberi. Il loro lavoro potrebbe portare a nuove scoperte su come le foreste interagiscono con l’atmosfera e su come queste interazioni influenzano la salute ambientale.
Lo studio è stato finanziato dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, e Brune, Jenkins e Miller ne sono stati coautori.
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