Come nasce la pioggia

Il nostro viaggio alla scoperta del fenomeno pioggia parte ancor prima che si sia formata la nube dalla quale cadranno poi le gocce di pioggia. State attenti a leggere quest'articolo: alcuni concetti non sono faclissimi da comprendere se si dà soltanto un'occhiata svogliata.

 

 

Le nubi sono un agglomerato di microscopiche particelle d’acqua allo stato liquido (goccioline) o solido (cristalli di ghiaccio) in sospensione nell’atmosfera e la pioggia non è altro che la precipitazione di queste goccioline o cristalli di ghiaccio. Il nostro viaggio inizia quindi da alcune considerazioni sul vapore acqueo presente in atmosfera, in quanto è proprio dalla condensazione o sublimazione del vapore acqueo che nascono le goccioline e i cristalli che costituiscono una nube dalla quale può successivamente originarsi la pioggia.

In determinate condizioni di temperatura e di pressione, un dato volume d’aria può contenere vapore acqueo solo fino a una certa quantità, raggiunta la quale diviene saturo. Se in una massa d’aria in condizioni di saturazione il contenuto di vapore aumenta ulteriormente allora la quantità di vapore in eccesso si condensa o si liquefà sotto forma di goccioline.

Siamo così giunti ad una prima fondamentale conclusione: perché si abbia condensazione o sublimazione del vapore devono innanzitutto essere state raggiunte le condizioni di saturazione.

La saturazione di una massa d’aria, e quindi la trasformazione del vapore in acqua, viene raggiunta o mediante il raffreddamento dell’aria umida (condensazione) o attraverso l’umidificazione della massa d’aria (liquefazione).

 

Le goccioline da sole non ce la fanno ad unirsi!

Una volta raggiunte le condizioni di saturazione sarebbe naturale attendersi che l’unione delle molecole di vapore eccedenti la saturazione generi le goccioline della nube. In realtà il processo non è così semplice e spontaneo, perché la neonata goccia tende a disintegrarsi per evaporazione tanto più rapidamente quanto più è piccola. In particolare, in condizioni di saturazione, due molecole di vapore potrebbero restare unite soltanto per un centomilionesimo di secondo; per la formazione di una goccia di 3 molecole, la terza dovrebbe incontrare le altre in tale brevissimo lasso di tempo e il terzetto risulterebbe poi 100 volte più durevole, e così via.

 

L'aerosol è fondamentale per la nascita delle gocce

Nelle nubi ogni goccia contiene in media 500 miliardi circa di molecole d’acqua. Come è stato possibile metterle insieme? Si potrebbe supporre che là dove si è generata la gocciolina vi siano stati, in tempi brevissimi, miliardi di urti molecolari casuali. Ma si può dimostrare che un simile evento sarebbe possibile soltanto se il numero di molecole di vapore fosse di gran lunga superiore a quello che si riscontra normalmente in natura. Si può calcolare che in 1 cm³ di aria si formerebbe una goccia ogni 1000 anni! Bisogna allora supporre che le gocce di una nube si formino con qualche altro processo. La presenza in atmosfera di particelle solide piccolissime in sospensione (aerosol) agevola il “coagulo”, cioè l'unione, delle molecole di vapore in microscopiche goccioline. In assenza di tali nuclei la condensazione avverrebbe soltanto se l'acqua si raffreddase al di sotto di –40 °C!
[Non ci credi? Clicca qua per sapere cosa dice il Professore sull'argomento.]

Le molecole d'acqua urtano contro la particella di aerosol, perdendo energia; i questo modo le molecole che si trovano attaccate insieme alla stessa particella di aerosol possono unirsi fra loro formando la goccia.

Grazie all'aerosol è nata così la nube, le cui microscopiche goccioline galleggiano nell’aria sostenute dalle stesse correnti ascendenti che hanno portato alla saturazione del vapore acqueo.

 

La goccia si forma per coalescenza

A questo punto resta ancora da spiegare come dalle minute goccioline della nube nascano le gocce di pioggia. Per dare inizio alla precipitazione, le goccioline di una nube devono aumentare la propria massa: quando la forza peso risulterà maggiore della resistenza dell'aria che tende a tenerle in sospensione, esse cadranno verso il basso.

Le gocce di pioggia aumentano di dimensione quando le goccioline appena formatesi collidono con altre più piccole che, essendo più leggere, sono animate da più intense velocità. Nella collisione le gocce più grandi catturano una certa frazione di goccioline urtate. L’aggregazione di goccioline in seguito a collisioni è un fenomeno noto come coalescenza.

 

Nascita della pioggia

Fintanto che le correnti dell'aria sono in grado di mantenere in sospensione le goccioline della nube, quest’ultime continueranno ad accrescersi per coalescenza. Infatti raggiunta la sommità della nube, dove le correnti ascendenti sono più deboli, le goccioline ricadono verso il basso. Inizialmente le correnti dell'aria sono in grado di arrestare la caduta delle gocce e a sospingerle nuovamente verso l’alto: si creano così continui saliscendi duranti i quali le dimensioni e il peso delle gocce aumentano. Quando il diametro delle gocce raggiungono dimensioni sufficientemente grandi, in genere oltre i 200 micron (1 micron = 1/1000 di mm) fino a qualche millimetro, non essendo più sostenute dalle correnti d'aria, precipitano dalla nube dando vita alla pioggia.

 

Le gocce possono nascere intorno ad un granello di ghiaccio

La coalescenza non è l’unico meccanismo in grado di generare pioggia dalle nubi. Infatti, nelle nubi immerse in un ambiente a temperatura sotto zero, alcuni nuclei di aerosol hanno la proprietà di far sublimare su se stessi il vapore acqueo, avvolgendosi in tal modo di microscopici cristalli di ghiaccio. A questo punto i neonati cristalli si ingrossano a spese del vapore acqueo dell’ambiente. Quando i cristalli di ghiaccio raggiungono le dimensioni di qualche centinaio di micron, risultano sufficientemente grandi da precipitare. Durante la loro caduta all’interno della nuvola, i cristalli di ghiaccio si ingrossano ulteriormente per coalescenza, sia urtando gocce sopraffuse che congelano, sia unendosi ad altri cristalli di ghiaccio. L’aggregazione di più cristalli dà vita al fiocco di neve.

Quando poi i cristalli di ghiaccio, nella discesa, entrano nell’ambiente con temperatura maggiore di zero, si trasformano in gocce di pioggia. Ma se l’atmosfera – come spesso capita in inverno – si mantiene a temperatura sotto zero fino a quote prossime al suolo, i cristalli di ghiaccio non fanno in tempo a sciogliersi e cadono pertanto al suolo come cristalli di neve.

 

 

---

---