Per decenni, abbiamo incolpato il potere corrosivo della pioggia su sali disciolti, acidi e il tamburellare incessante che consuma i rivestimenti protettivi. Pitture, pellicole polimeriche e strati di ossido sono stati progettati per resistere all'aggressione chimica. Ma a quanto pare, le gocce di pioggia nascondono un segreto scioccante: arrivano cariche di una carica elettrica abbastanza forte da perforare un rivestimento isolante - non graffiando o dissolvendo, ma letteralmente facendo un buco minuscolo, come una scintilla che salta un gap.

Un nuovo studio guidato da Zhongyuan Ni, Rüdiger Berger e Hans-Jürgen Butt presso l'Istituto Max Planck per la Ricerca sui Polimeri a Magonza, in Germania, ha rivelato questo fenomeno elettrizzante. Il colpevole è qualcosa chiamato 'elettrificazione per scivolamento', un processo solo recentemente quantificato. Quando una goccia d'acqua scivola su una superficie isolante - come una foglia, un muro dipinto, un vetro di finestra o un pannello di plastica - strappa carica da quella superficie e lascia dietro una carica opposta. Queste cariche non sono banali: le gocce sono state misurate fino a 9.000 volt.

Il team voleva sapere cosa succede quando una goccia carica atterra su una superficie. Hanno rilasciato gocce da 35 microlitri - circa le dimensioni di una grande goccia di pioggia - con un pizzico di sale per imitare l'acqua piovana, su una superficie inclinata di 50 gradi. Le gocce scivolavano per circa quattro centimetri, accumulavano carica, rotolavano oltre il bordo e cadevano per cinque millimetri su una piastra di rame rivestita con una pellicola di Teflon da 60 nanometri, uno dei rivestimenti chimicamente più resistenti disponibili. Le superfici inclinate includevano una foglia di una pianta di Tradescantia spathacea, un pannello di schiuma PVC e un foglio di polistirene trasparente - superfici del mondo reale che una goccia di pioggia potrebbe incontrare.

Le cariche accumulate variavano da 0,2 nanocoulomb dalla foglia a due nanocoulomb dal quarzo fluorurato. Un nanocoulomb in una goccia di pioggia si traduce in qualche migliaio di volt. Dopo 3.000 gocce - circa un pomeriggio di pioggia moderata - la piastra di rame sotto tutte e quattro le superfici si era corrotta, nonostante il rivestimento in Teflon. La microscopia a forza atomica ha rivelato buche profonde diversi nanometri, più profonde dell'intera pellicola di Teflon, penetrando completamente fino al metallo. Le gocce che cadevano direttamente senza scivolare (e quindi senza carica) lasciavano la superficie intatta dopo gli stessi 3.000 impatti.

Le telecamere ad alta velocità hanno catturato il meccanismo in azione. Una goccia neutra mantiene un fondo liscio e rotondo fino al contatto, ma la parte inferiore di una goccia carica si allunga in un cono di Taylor - una forma appuntita che si forma quando la forza elettrostatica supera la tensione superficiale. Questo indicava che il campo elettrico tra goccia e metallo era diventato abbastanza forte da deformare l'acqua. Modellando la goccia come una sfera conduttrice sospesa sopra una parete conduttrice, il team ha calcolato che una goccia con due nanocoulomb raggiunge 60 kilovolt per millimetro - la soglia di rottura del Teflon - mentre è ancora a circa 10 micrometri dalla superficie. Per il polistirene, che si rompe a 19 kilovolt per millimetro, la rottura avviene a 50 micrometri di distanza.

Quando il rivestimento smette di isolare, la carica squarcia in una rottura dielettrica in miniatura, lo stesso modo di guasto che uccide i condensatori. Il trasferimento di carica è quasi totale: una goccia che arriva con due nanocoulomb ha scaricato 1,8 nel rame e rimbalzata via con solo 0,016 nanocoulomb, meno dell'1% di quello con cui era partita.

Questo effetto ha dei limiti. Pellicole di polistirene da 12 micrometri sono state perforate, ma pellicole da 130 micrometri sono sopravvissute. Tuttavia, la maggior parte dei rivestimenti di pittura sono spessi solo pochi micrometri, e cariche su scala di nanocoulomb possono penetrare la maggior parte di essi. Una volta violato, il metallo esposto si trova in una goccia salata con un potenziale elettrico fresco, permettendo all'elettrochimica ordinaria di corrodere la superficie che doveva essere protetta.

Il team ha identificato i prodotti di corrosione usando spettroscopia Raman e diffrazione a raggi X: ossido rameoso e cloruro rameico basico - il composto verde pallido visto sui tetti di rame invecchiati. La mappatura elementare ha mostrato ossigeno e cloro che entrano in massa, mentre fluoro e car