Insieme ai tornado sono i vortici più spettacolari e violenti e possono superare i 300 km orari. Ecco perché si formano sia sulla Terra sia nello spazio… sia nel nostro lavandino!
Sono manifestazioni della natura tra le più complesse da studiare e da de!nire con formule matematiche. Eppure ce ne sono di ogni tipo: di acqua e di fuoco, di aria e di polvere. Ce ne sono di grandi dimensioni, come gli uragani e i tornado e ancor più grandi quando si formano attorno a un buco nero. Qualcuno crede che ce ne siano anche di “energia” nel corpo umano. Ce ne sono anche di molto particolari, come quelli prodotti dal fuoco e dal fumo. Si tratta dei vortici. Non sono facili da de!nire, perché si muovono seguendo le leggi della !sica governate dal caos. Per chi non è un !sico i vortici sono davvero il “disordine spazio-temporale” in persona: cambiano in continuazione forma e struttura con moti molto disordinati alle più diverse scale. Dai !sici, invece, i vortici sono de!niti come il “moto di un “uido in movimento dove la corrente presenta un moto rotatorio attorno a un asse”. Sono diverse le cause che possono innescare la formazione di un vortice: si può avere quando, per esempio, vengono a contatto due correnti “uide che procedono a diversa velocità o si crea attrito tra un “uido e una parete o una super!cie di un oggetto. In altre parole ci deve essere un “uido in movimento a contatto con un altro “uido o una super!cie solida.
Li studiò anche Leonardo
Leonardo da Vinci fu tra i primi a chiedersi quali fossero le leggi !siche che governano i vortici turbolenti, ma non riuscì a venirne a capo. Solo ai primi del 1900 il meteorologo Lewis Fray Richardson, uno dei pionieri della meteorologia, li studia in modo scienti!co e introduce il concetto di “cascata di vortici”, che analizza quelli che si formano da un vortice primario: un concetto ancora oggi utilizzato come modello per descrivere le turbolenze. La “cascata di vortici” si genera in modo dinamico, per instabilità successive di un vortice che si rompe e forma vortici più piccoli. Succede sempre perché è un processo intrinseco alla formazione dei vortici. Questo è il motivo per cui la turbolenza dei vortici e le turbolenze in genere non sono solo un problema d’ingegneria idraulica o aerospaziale, ma sono studiati anche dai !sici teorici alla ricerca di leggi generali.
Tornado e trombe marine
I tornado sono i vortici più spettacolari e al medesimo tempo più violenti. La loro formazione è complessa e in parte ancora non chiara. Perché nascano è necessaria aria umida e calda vicino al suolo, aria più fredda in alta quota e venti con direzioni e velocità diverse con l’altezza. Ciò fa sì che masse consistenti d’aria assumano un moto rotatorio che origina il vortice del tornado. Anche se la loro durata media è di 5-10 minuti e percorrono solo qualche chilometro, prima di estinguersi hanno una potenza distruttiva impressionante: il vento al loro interno può raggiungere i 500 km all’ora. Le trombe marine sono un fenomeno molto simile ai tornado, anche se, generalmente, hanno una violenza inferiore. Esse prendono corpo quando vi è la presenza di una nube nota come “cumulo congesto”, una nube gon!a che si sviluppa verticalmente e che può raggiungere i 6mila metri d’altezza. Si formano quando la super!cie dell’acqua possiede una temperatura elevata, in grado di fornire energia all’aria sovrastante. Ciò dà origine a correnti ascensionali anche molto intense. Se, al contempo, sono presenti correnti discendenti più fredde, lo scontro può originare moti vorticosi che fanno ruotare l’aria su se stessa dando vita alla tromba marina. Le trombe d’aria sono state osservate anche su Marte, fotografate dai rover Spirit e Opportunity. Chiamati “dust devil” i sviluppano quando un forte surriscaldamento della super!cie di un’area del suolo marziano produce una piccola bassa pressione che innesca un mulinello d’aria. I cicloni tropicali, chiamati anche uragani, willy-willy, tifoni o bagyo, a secondo delle località del mondo, sono immensi vortici che si formano sugli oceani la cui energia interna è tale che i danni che producono, se arrivano sulla terraferma, sono sempre enormi. I vortici degli uragani traggono la loro origine da profondi centri di bassa pressione a livello del mare, attorno ai quali ruotano venti che circolano in senso antiorario nell’emisfero settentrionale e in senso orario in quello meridionale. La loro nascita richiede particolari condizioni, ma la più importante deve essere la presenza di acqua con temperatura superiore ai 27-28 °C su una super!cie di almeno 200 km quadrati. Ciò dà modo all’aria che sovrasta il tratto di mare di riscaldarsi e d’iniziare a salire verso l’alto, per poi raffreddarsi per espansione e far condensare il vapore in nubi temporalesche. Quando l’aria calda sale verso l’alto si raffredda, quindi si condensa e ciò causa un rilascio nell’atmosfera di energia che scalda ancor più l’aria circostante, il che favorisce l’ascesa verso quote molto elevate. Questo determina un risucchio d’aria, che assomiglia a un camino, che la porta a fuoriuscire nella parte più alta del ciclone in crescita. È stato calcolato che un uragano di medie dimensioni aspira dal suolo !no a 2 milioni di tonnellate d’aria al secondo.
Gli immensi uragani spaziali
Veri e propri uragani sono i vortici che si osservano su Giove e Saturno, che per dimensioni a volte possono contenere anche decine di corpi grandi come la Terra. Nello spazio si creano vortici ancor più spaventosi, con dimensioni di anni luce, quando due galassie si scontrano tra loro o quando un buco nero richiama al suo interno della materia che vi passa accanto. Esistono anche i vortici di fuoco, anche se molto rari. Quando in un incendio si crea un’area dove vi è un risucchio d’aria instabile verso l’alto, si possono formare colonne di fuoco che acquistano una vorticità simile a quella dei tornado. Nel 1923 un tornado di fuoco che si sprigionò da un incendio causato da un violento sisma a Kanto, in Giappone, causò la morte di 38mila persone in 15 minuti. Mulinelli d’aria possono essere creati dal passaggio di un aereo: difatti il regolamento federale degli Stati Uniti prevede un minimo di distanza di 2 minuti tra un decollo di un aereo e l’altro per evitare che il secondo !nisca nei vortici del primo.
L’origine degli uragani
Gli uragani formano i più grandi vortici d’aria e vapore acqueo del nostro pianeta. Eccezionalmente possono raggiungere i 1.000 km di diametro (disegno in alto). I vortici ruotano attorno a un centro dove vi è massima calma di venti, chiamato “occhio dell’uragano” (disegno in basso a sinistra). Essi si formano quando sugli oceani la temperatura è tale da produrre una forte evaporazione dell’acqua marina (linee rosse del disegno in basso a destra). Il vapore in risalita, sottoposto alla forze prodotte dalla rotazione terrestre, ruota su se stesso (linee viola) e una volta condensatosi in quota viene richiamato verso il basso dalla forza di gravità (linee azzurre). Ciò determina la formazione di molteplici bracci di vapore in risalita e in ricaduta che nell’insieme formano l’uragano.
Vero e falso sui vortici
È vero che l’acqua che scende nello scarico di un lavandino ruota in senso orario nel nostro emisfero e in senso antiorario nell’emisfero australe a causa della rotazione terrestre? In realtà la rotazione dell’acqua nel lavandino è in!uenzata non solo dalla rotazione terrestre, ma da molti altri elementi che possono essere predominanti sulla forza prodotta dalla rotazione terrestre come, per esempio, la più piccola perturbazione indotta nel momento in cui si toglie il tappo del lavandino o un semplice movimento d’aria. Ed è vero che il Maelström, l’immenso vortice in cui vennero risucchiati dei pescatori in un racconto di Edgar Allan Poe, può davvero inglobarsi una nave? Il Maelström è un gorgo che si viene a creare due volte al giorno al largo delle coste atlantiche norvegesi, vicino alle isole Lofoten. Il vortice d’acqua si forma in seguito ai !ussi prodotti dalle maree, ma non è mai tale da ingurgitare un seppur piccolo peschereccio.
