Meteo didattica: il processo di condensazione del vapore acqueo, l’origine delle nuvole e delle precipitazioni

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20140616_133414_Richtone(HDR)Quando una massa d’aria si raffredda, per diverse cause, l’umidità relativa aumenta in maniera considerevole e se la temperatura scende al di sotto di un certo valore, la massa d’aria in questione diventa “satura”. Una volta che si raggiunge questa condizione, ogni ulteriore raffreddamento porta ad una condensazione del vapore acqueo. Questo avviene con la formazione di minuscole goccioline d’acqua di piccolissimo diametro (nelle nubi variano dai 0,02 a 0,1 mm). Se il punto di rugiada di questa massa d’aria si trova sotto lo zero, allora il processo di condensazione del vapore acqueo avviene in forma di piccolissimi cristalli di ghiaccio. La condensazione del vapore acqueo, contenuto in una detta massa d’aria, può avvenire per le seguenti cause;

  1. Per conduzione e radiazione di calore
  2. Per espansione adiabatica della massa d’aria (in condizioni di instabilità atmosferica)
  3. Per mescolamento di masse d’aria completamente diverse per temperature e stato elettrico

NAPOLIIIIIIIIIIIIILa condensazione per “conduzione e radiazione” interessa lo strato d’aria prossimo al suolo, quando esso viene a contatto con il suolo molto più freddo, oppure quando masse d’aria si spostano da zone ove la superficie è più calda a zone dove la superficie diventa molto più fredda. La condensazione per “espansione adiabatica” si produce ogni volta che una massa d’aria tende ad ascendere verso le quote superiori della troposfera, per svariate cause, come la presenza dei rilievi o fattori di forte instabilità atmosferica che stimolano la nascita di forti moti convettivi. La condensazione per “mescolamento di masse d’aria” completamente diverse per temperature e stato elettrico si ottiene ogni volta che due masse d’aria, molto diverse fra di loro, tendono ad interagire e a scontrarsi fra di loro. La condensazione avviene attorno i “nuclei di condensazione”, microscopiche particelle (in particolari sali e solfati) che fungono un ruolo fondamentale nel processo di condensazione del vapore acqueo. Inizialmente si credeva che i “nuclei di condensazione” fossero rappresentati dalle sole particelle di pulviscolo, presenti in atmosfera.

20140616_133141_Richtone(HDR)Ma studi successivi evidenziarono come le goccioline d’acqua si possono formare anche in assenza del pulviscolo, purchè in atmosfera esistono microscopiche impurità (fra cui le polveri sottili create dallo smog) che vengono immesse nell’atmosfera, sia per azione della combustione che per l’azione solare. Oggi si è visto che i “nuclei di condensazione” non sono altro che microscopiche particelle, sia liquide che gassose, delle seguenti sostanza; 1) cloruri, in prevalenza di sodio 2) composti di zolfo, specie l’acido solforico 3) composti azotati, fra cui l’acido nitrico originato dai fulmini. L’efficacia igroscopica varia a secondo del grado di igroscopicità dei vari nuclei, e non delle loro dimensioni. Difatti, all’interno di una nube, le gocce d’acqua possono formarsi solo attorno i nuclei minori, e non su quelli più grandi. Ciò dipende dall’igroscopicità dei rispettivi nuclei. Il numero dei nuclei attivi è di gran lunga superiore a quello dei nuclei neutri, raggiungendo picchi del 98% in campagna e oltre il 99% in città e nelle zone industriali. Quando all’interno di una determinata nube la condensazione del vapore acqueo è molto intensa e rapida, per la presenza di numerosi “nuclei di condensazione”, le goccioline d’acqua acquistano dimensioni notevoli. Ingrossandosi in modo rapido e divenendo molto pesanti, non potendo restare più in aria, queste gocce per l’azione della gravità tendono a cadere verso il suolo, originando la pioggia e gli altri tipi di precipitazioni (neve, grandine), a secondo della condizione atmosferica presente. Alcuni scienziati escludono che le precipitazioni più forti (quelle di tipo convettivo) possano cadere da nubi di sola acqua, poiché difficilmente le goccioline potrebbero unirsi in gocce di dimensioni notevoli, a differenza delle pioggerelle o delle piogge di debole intensità.

10358996_328998300583767_7039259359974945389_oLe piogge più forti si originerebbero dalle nubi di ghiaccio (come i cumulonembi che ergendosi oltre i 10-12 km presentano una sommità quasi totalmente ghiacciata), i cui pezzettini di ghiaccio, cadendo verso il basso, si fonderebbero dando luogo ai forti rovesci di pioggia. Va detto che le gocce di pioggia possono assumere dimensioni diverse nel cammino che devono percorrere per giungere al suolo. Se queste attraversano strati di aria molto caldi e umidi possono in gradirsi, raggiungendo dimensioni notevolissime. Se invece attraversano uno strato d’aria caldo e molto secco tendono a ridursi, fino ad evaporare quasi del tutto ancora prima di toccare il suolo. Il diametro delle gocce di piogge può raggiungere massimi di oltre i 7-8 mm ed un peso fino a 0,2 grammi.