Nasce un fiocco di neve: la microfisica della dama bianca

Nasce un fiocco di neve: la microfisica della dama bianca

Chi la adora, chi la odia o la teme... La neve in ogni caso cambia notevolmente il panorama, attrae grandi e piccoli, è importante per il turismo, può provocare danni e disagi... In poche parole: neve = gioie e dolori. Cerchiamo di capire come si forma questo tipo di precipitazione solida.

La storia di un fiocco di neve nasce dalla formazione di minuscoli cristalli di ghiaccio all'interno di nubi fredde e per fredde intendiamo con temperature inferiori a 0°C. Tra tutte le temperature negative lo strato di nube più favorevole è quello tra 0°C e -15°C (in inverno alle nostre latitudini in genere tra i 1000 e i 3000 metri) perché qui è massima la disponibilità di vapore acqueo a disposizione (materia prima delle precipitazioni), ricordando che più l'aria è fredda e meno vapore acqueo può contenere (in Antartide nevica pochissimo...).

Come accade per la pioggia, anche i cristalli di ghiaccio hanno bisogno di nuclei di condensazione (in questo caso li chiamiamo nuclei di congelamento). Le singole molecole di vapore acqueo, infatti, non tendono a unirsi molto facilmente, perché l'eventuale goccia (o cristallo) formata, tende a rompersi per evaporazione (o sublimazione) con una certa facilità e questo tanto più quanto la goccia (o cristallo) è piccola. Si calcola che alla saturazione 2 molecole di vapore potrebbero restare unite solo per un centomilionesimo di secondo e questa è la finestra temporale a disposizione di una eventuale terza molecola che vorrebbe unirsi. Se ci riesce la durata della goccia ora fatta di 3 molecole durerebbe 1000 volte di più, ma è sempre un tempo piccolissimo. Pensate che una goccia di nube contiene circa 500 miliardi di molecole: come fanno a stare insieme? E' vero che ci sono miliardi di urti, ma questi, si calcola, da soli non sono sufficienti. Dev'esserci un altro meccanismo e infatti c'è: quello che usa i nuclei di condensazione, che fanno metaforicamente da "aggregante". Tali nuclei possono avere diversa natura e sono per lo più formati da pulviscolo, gocce di altre sostanze igroscopiche come solfati e nitrati, polveri varie. Stiamo parlando di particelle con dimensioni che vanno da frazioni di micron a qualche micron (1 micron = 1 millesimo di millimetro) e ogni cm3 ne contiene da qualche decina a qualche migliaio, di più verso il suolo, diminuendo con la quota.

Tutto questo solo per generare le goccioline che formano le nubi (droplet), le quali non è detto che diventino poi pioggia. Per averla le goccioline devono raggiungere almeno i 200 micron e per farlo non è sufficiente pensare al semplice incontro/scontro casuale tra goccioline più piccole. Tuttavia è possibile per quelle più grandi collidere con le più piccole (animate da moti turbolenti più veloci essendo più leggere), specie se la nube è molto densa. E' il fenomeno della coalescenza. Tale ingrossamento è agevolato anche dal fatto che le gocce più grandi evaporano meno di quelle più piccole e quindi di fatto le prime accrescono a spese delle seconde. Una volta raggiunto un peso sufficiente a vincere la spinta delle correnti ascensionali presenti all'interno della nube, le gocce cadono verso il suolo, evaporazione permettendo.

E i cristalli di ghiaccio che fine hanno fatto? Come dicevamo, anche per i cristalli sono necessari dei nuclei che abbiamo chiamato non a caso di congelamento. In questo caso il vapore acqueo passa dallo stato gassoso a quello solido, direttamente, se le condizioni lo permettono. Infatti occorre tener presente che non basta avere temperature sottozero, in quanto non solo possono esistere gocce d'acqua allo stato liquido anche in tale situazione (fenomeno della sopraffusione) ma anche perché i nuclei di congelamento sono molto più rari di quelli di condensazione e diventano efficaci solo a temperature inferiori a -10°C (ma ancora più rari salendo di quota dove pur fa più freddo...). Per questo motivo la massima produzione di cristalli si ha tra i -12°C e i -17°C. Mentre via via che si sale di quota e la temperatura diminuisce, aumenta il contributo del congelamento delle gocce d'acqua sopraffuse, qualora vengano a contatto con nuclei di congelamento o con altri cristalli. Al di sotto dei -40°C qualunque eventuale goccia sopraffusa congela. Come si vede, la formazione dei cristalli di ghiaccio (gli embrioni dei futuri fiocchi di neve) è tutt'altro che facile e scontata.

Ma come si arriva al fiocco di neve vero e proprio? Intanto i cristalli di neve, una volta formatisi, devono crescere, e questo può avvenire in vari modi, ricordando che a questo punto lo stesso cristallo solido può fungere da nucleo di congelamento e che i moti turbolenti all'interno delle nubi favoriscono l'incontro delle particelle:
- catturando vapore acqueo (brinamento). E' importante all'inizio, ma poi cessa a forza di "rubare" vapore all'ambiente circostante;
- sottraendo vapore dalle gocce sopraffuse. I cristalli che trovano intorno molte gocce di questo tipo (specie nello strato di nube tra 0°C e -10°C) tendono ad accrescersi a spese delle droplet in quanto l'evaporazione delle gocce è maggiore dell'evaporazione (sublimazione) del ghiaccio. E così il risultato netto è un "passaggio" di molecole d'acqua dalle droplet ai cristalli (processo di Bergeron-Findeisen);
- catturando le droplet stesse.

Tutti questi processi con le loro combinazioni e le varie temperature a cui avvengono modellano non solo la dimensione, ma anche la forma dei cristalli di ghiaccio, che vengono opportunamente classificati (più di 3000, pensate!) con opportuni codici e simboli grafici. Le forme più diffuse e comuni sono quelle ad aghi, prismi e a stella. A questo punto ci siamo: i cristalli si ingrossano nei modi detti e se raggiungono un peso sufficiente cominciano a cadere, magari ingrossandosi ancora di più trovando nel percorso all'interno della nube altro vapore e/o altre droplet sopraffuse, prima di abbandonare la nube stessa.

Ma cosa succede poi? Riuscirà la neve a raggiungere il suolo? Tentiamo di capirlo parlando della cosiddetta quota neve, cercando anche di prevederla con metodi pratici.

Per approfondimenti ulteriori consigliamo la neve. Cos'è e come si prevede:

Dettagli prodotto

Copertina flessibile: 232 pagine

Editore: Alpha Test (6 ottobre 2009)

Collana: MeteoLingua: Italiano

ISBN-10: 8848311989ISBN-13: 978-8848311984

Peso di spedizione: 458 g Buona lettura!