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Fiocco di neve

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Immagine al microscopio ottico di un singolo cristallo di ghiaccio di neve naturale.

Il fiocco di neve è una particella di acqua allo stato solido, costituita dall'aggregazione di più cristalli di ghiaccio (in genere circa 10 milioni di volte più piccoli del fiocco), la cui formazione e caduta attraverso l'atmosfera terrestre, in determinate condizioni meteorologiche di temperatura e umidità, dà luogo al fenomeno di precipitazione noto come neve[1].

La genesi dei fiocchi di neve avviene nelle masse di aria sovrassature di umidità (nubi), allorché microscopiche goccioline (del diametro di 10 µm) di acqua sopraffusa (a temperature minori di -18 °C) cambiano il loro stato passando dalla fase liquida a quella solida e assumendo caratteristiche forme cristalline, un cambiamento innescato da un processo di nucleazione che si sviluppa attorno a un nucleo di impurità, organiche o inorganiche, del pulviscolo atmosferico[2][3]).

Una volta caduti al suolo e accumulatisi, i cristalli di ghiaccio subiscono una metamorfosi per effetto dei cambiamenti di temperatura e umidità, e si fondono a formare il manto nevoso. Le caratteristiche del manto riflettono la mutata natura dei cristalli di ghiaccio costituenti.

Aspetto e morfologia

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Caduta di fiocchi e accumulo al suolo
I fiocchi di neve naturale differiscono l'uno dall'altro per combinazioni casuali durante la cristallogenesi e l'accrescimento.
Micrografia di Wilson Bentley che mostra due classi di fiocchi, piatti e a colona (manca un esempio ad ago).

I fiocchi di neve esibiscono una grande variabilità di forma e di grandezza. Infatti, preso singolarmente il fiocco, inteso come singolo cristallo che si aggrega in oggetti più grandi, ha una struttura unica, tanto che ogni cristallo sembra essere diverso dall'altro, anche se è comunque possibile una loro classificazione morfologica in otto categorie generali e in almeno 80 varianti individuali. L'emergere di questa complessità e varietà di forme è determinato e influenzato dalle mutevoli condizioni esterne di umidità e temperatura che si incontrano durante processo di formazione e accrescimento del cristallo.

Quando questi singoli cristalli si aggregano in strutture molto più grandi, il risultato finale si può presentare umido o parzialmente fuso in conseguenza dell'attraversamento di strati d'aria con temperature vicine o di poco superiori al punto di congelamento, con formazione di particolari aggregati, come neve tonda, pioggia gelata, nevischio.

Sebbene costituiti da ghiaccio trasparente, i fiocchi di neve appaiono bianchi alla vista a causa della riflessione diffusa dell'intero spettro elettromagnetico della luce visibile da parte delle piccole sfaccettature della superficie dei cristalli[4].

Genesi dei fiocchi di neve

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Lo stesso argomento in dettaglio: Nivologia e Cristalli di ghiaccio.
Immagine con microscopio elettronico a scansione di calabrosa sugli estremi di un fiocco a "colonna incappucciata".

I fiocchi di neve si formano in masse d'aria sovrassature di umidità sopraffuse, per nucleazione attorno a nucleo di impurità del pulviscolo presente in atmosfera terrestre: può trattarsi di una particella di natura sia inorganica (polvere), sia organica (batteri, spore fungine, materiale vegetale)[2][3][5], che innescano il cambiamento di stato dell'acqua fungendo da nuclei di condensazione. I fiocchi aumentano di dimensioni e volume per accrezione del cristallo incipiente in formazioni esagonali. Le forze coesive sono soprattutto di natura elettrostatica.

Nuclei di condensazione

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Lo stesso argomento in dettaglio: Nucleazione, Nuclei di condensazione e Particolato.

In nubi più calde, una particella di aerosol atmosferico, detta "germe cristallino" (o "nucleo di congelamento") deve essere presente nella goccia o in contatto con essa per funzionare come nucleo. Le particelle che possono dar luogo a ghiaccio sono molto più rare dei nuclei attorno ai cui condensano le goccioline di pioggia nelle nuvole d'acqua; tuttavia non si è ancora compreso cosa lo renda efficiente[cosa?]. Argille, polvere del deserto, e particelle biologiche possono essere agenti efficaci nel processo[5], anche se non è chiaro fino a qual punto possano esserlo. Tra i nuclei artificiali vi sono particelle di ioduro d'argento e ghiaccio secco, entrambe usate nel cloud seeding nel tentativo di stimolare le precipitazioni[6] Studi sperimentali condotti da Robert Dorsch e Paul Hacker sul congelamento di gocce condensate su superfici mostrano che la nucleazione "omogenea" delle goccioline delle nubi può avvenire solo a temperature minori di −35 °C (−31,0 °F)[7][8].

Galleria d'immagini

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Selezione di fotografie scattate da Wilson Bentley (1865–1931):

  1. ^ (EN) William J. Broad, Giant Snowflakes as Big as Frisbees? Could Be, in The New York Times, 20 marzo 2007. URL consultato il 20 marzo 2017.
  2. ^ a b Batteri e nuvole, in Le Scienze, 8 maggio 2009. URL consultato il 24 marzo 2017.
  3. ^ a b (EN) Kerri A. Pratt, Paul J. DeMott,, Jeffrey R. French, Zhien Wang, Douglas L. Westphal, Andrew J. Heymsfield, Cynthia H. Twohy, Anthony J. Prenni e Kimberly A. Prather1, In-situ detection of biological particles in cloud ice crystals, in Nature Geoscience, vol. 2, 2009, pp. 398-401, DOI:10.1038/ngeo521.
  4. ^ (EN) Jennifer E. Lawson, Chapter 5: The Colors of Light, in Hands-on Science: Light, Physical Science (matter), Portage & Main Press, 2001, p. 39, ISBN 978-1-894110-63-1. URL consultato il 20 marzo 2017.
  5. ^ a b (EN) Brent Q. Christner, Cindy E. Morris, Christine M. Foreman, Rongman Cai e David C. Sands, =Ubiquity of Biological Ice Nucleators in Snowfall, in Science, vol. 319, n. 5867, 2007, p. 1214, Bibcode:2008Sci...319.1214C, DOI:10.1126/science.1149757, PMID 18309078.
  6. ^ (EN) Cloud seeding, su Glossary of meteorology, 2nd edition, American Meteorological Society. URL consultato il 25 marzo 2017.
  7. ^ (EN) Robert G. Dorsch e Paul T. Hacker, Photomicrographic Investigation of Spontaneous Freezing Temperatures of Supercooled Water Droplets, in NACA Technical Note, vol. 2142, National Advisory Committee for Aeronautics, 1950.
  8. ^ (EN) Basil John Mason, Physics of Clouds, Clarendon Press, 1971, ISBN 0-19-851603-7.

Voci correlate

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Morfologia

Altri progetti

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