Ciò che differenzia le nubi dalla pioggia è la dimensione delle goccioline d’acqua di cui sono composte. Nelle nubi si hanno gocce di diametro fino a 100micron (1 micron=0.001mm), mentre le gocce di pioggia vanno dai 200micron del drizzle fino a 2-3 mm. Ovviamente è la condensazione del vapore acqueo che produce tali goccioline, ma ci sono fenomeni interessanti e complicati da scoprire.
Partiamo dalle nubi. Quando la condensazione produce una goccia, è necessario che quest’ultima abbia un diametro superiore ad un certo valore di soglia, altrimenti rievapora. Esiste quindi una sorta di barriera energetica da superare per giungere alla formazione di una goccia che rimanga tale in modo permanente. In presenza di acqua pura in forma gassosa, l’esistenza di questa soglia critica impedisce la formazione delle gocce: infatti, sono richiesti valori di sovra-saturazione non raggiunti normalmente in atmosfera (ovvero valori di umidità relativa di molto superiori al 100%). Sotto a questi valori, una goccia che si forma, evapora immediatamente.
Affinché avvenga il processo di condensazione con conseguente formazione di gocce di nube permanenti è necessaria la presenza di impurità, dette nuclei di condensazione. Questi altro non sono che sali (es. sali marini), solfati o polveri di diametro variabile dai 0.001micron ad oltre 1mm. I nuclei di condensazione sono responsabili di due processi
1. Effetto soluto
2. Effetto curvatura
L’effetto soluto consiste nello scioglimento dei nuclei di condensazione in acqua. La soluzione che si forma ha una tensione di saturazione inferiore a quella dell’acqua pura e quindi viene favorita la condensazione. In pratica non sono più necessari valori irrealistici di umidità relativa, ma valori prossimi (inferiori) al 100% sono sufficienti per formare le prime piccole gocce di nube. Grazie alla presenza del soluto, le gocce che si formano non rievaporano.
L’effetto curvatura è legato alla presenza di superficie concave dei nuclei di condensazione sui quali si deposita l’acqua: una superficie concava diminuisce la tensione di saturazione favorendo quindi a sua volta la condensazione.
A questi punto abbiamo la cosiddetta haze droplet. Quando poi, a causa di un ulteriore incremento dell’umidità relativa la goccia d’acqua supera una certa dimensione si genera un processo di accrescimento spontaneo che la portano ad avere la dimensione della goccia di nube. Si parla in tal caso di activated droplets.
Siamo così giunti alle nubi, nelle quali esiste un equilibrio dinamico: le goccioline d’acqua cadono a causa della forza di gravità, ma uscendo dalla nube entrano in un ambiente non saturo e quindi evaporano rapidamente senza raggiungere il suolo (talvolta si vedono queste scie di caduta, dette virga). Affinché dalle nubi si generi la precipitazione sono necessarie gocce più grosse, generate da appropriati processi di accrescimento.
Per questo vi rimando alla seconda parte dell’articolo consultabile all’indirizzo:
https://www.meteogiornale.it/news/read.php?id=10210.
