Percorso interdisciplinare di Francesca Sponza - A.S. 2004-2005 liceo scientifico "G.Oberdan"

Nel momento in cui il vapore acqueo inizia a condensare, si dice che l'aria ne è satura, e se si abbassa la temperatura o si aggiunge altro vapore, quello in eccesso rispetto alla quantità di saturazione, condensa. Le goccioline d'acqua liquida che si formano in conseguenza alla saturazione del vapore, formano una nube, che è quindi costituita da una massa d'aria satura di vapore. Queste gocce sono soggette alla forza di gravità, e pertanto tendono a cadere verso il basso, ma a causa della presenza, all'interno delle nubi, di correnti ascensionali, vengono tenute in sospensione. Il numero e le dimensioni delle goccioline vengono determinati dai "nuclei di condensazione". Se questi sono scarsi, le nubi che si formano sono costituite da gocce d'acqua poco numerose, ma abbastanza grandi. Se, invece, non compaiono, si ha il fenomeno della sovrasaturazione, a causa del quale, le gocce condensano all'improvviso. Ciò porta precipitazioni molto violente, come la grandine.
Nella gran parte dei casi, le nubi si formano conseguentemente ad un raffreddamento dell'aria. La temperatura deve raggiungere un determinato valore, detto punto di rugiada, al di sotto del quale la nube inizia a formarsi. I meccanismi in grado di portare l'aria a questa temperatura sono:

Raffreddamento convettivo: una massa d'aria viene a contatto con il suolo e viene riscaldata; dal momento che diventa meno densa, sale nella troposfera. Man mano che aumenta di altitudine, l'aria si raffredda, fino a raggiungere il punto di rugiada, che consente la formazione della nube, la quale assume un aspetto cumuliforme.

Raffreddamento sinottico: due masse d'aria con diversa temperatura si incontrano: quella più fredda e più densa si incunea sotto la più calda che viene sollevata. Questa viene raffreddata nella zona di contatto tra le due masse e dà origine a nubi cumuliformi e stratificate.

Raffreddamento orografico: una massa d'aria in movimento incontra delle montagne ed è costretta a risalirne i pendii, raffreddandosi fino a giungere al punto di rugiada. Questo meccanismo può dare forma a nubi stratificate o cumuliformi.

Si identificano dieci generi di nube, che vengono classificate in base all'altezza rispetto al suolo, alla struttura e alla forma. Queste sono:

Cirri: si formano ad altitudini elevate. Sono costituiti completamente di cristalli di ghiaccio e pertanto presentano colori brillanti. Generalmente sono bianche e si presentano sotto forma di virgola o di ricciolo. Sono nubi fini, filamentose o a strisce, che lasciano passare la luce.

Altocumuli: sono composti da nubi vicine tra loro che costituiscono strati ondulati, bianchi o grigi. Sono collocati a quote medie e presentano la parte inferiore più scura. Se sole, non portano precipitazioni.

Stratocumuli: si presentano come una distesa di masse cumuliformi, allungate ed oscure. Si formano ad altitudini basse e non portano quasi mai precipitazioni.

Cirrocumuli: detti anche "nubi a pecorelle". Annunciano il probabile arrivo di una tempesta.

Cumulonembi: si sviluppano verticalmente. La base è di colore scuro, al contrario della sommità, generalmente bianca. Portano forti temporali, grandine o neve, ma anche fulmini e tornado.

Nembostrati: sono nubi basse, compatte, accompagnate da cielo tetro e scuro. Portano brutto tempo e generano neve o pioggia.

Altostrati: si presentano come un'ampia distesa nuvolosa, blu o grigia. Producono pioggia fitta e fine o neve leggera, che spesso non raggiunge il terreno a causa dell'imponente altezza in cui si formano.

Strati: sono nubi grigie e basse. Derivano spesso dalla nebbia che si forma sul terreno. Producono scarsa visibilità, e talvolta piogge deboli.

Cumuli: sono nubi isolate, bianche e dense, che non lasciano filtrare la luce solare. Si sviluppano prevalentemente in verticale. Possono portare sia brutto che bel tempo.

Cirrostrati: sono trasparenti e si trovano ad alte quote. Annunciano l'arrivo di un periodo caldo o di una tempesta.

Le precipitazioni si hanno quando le gocce di pioggia presenti in una nube diventano tanto grosse da non riuscire più ad essere sostenute dalle correnti ascensionali presenti nelle stesse.
Il processo che porta le goccioline ad ingrossarsi fino a diventare gocce di pioggia viene denominato "coalescenza".
Nelle aree tropicali, le gocce più grosse, che sono più veloci, raccolgono quelle più piccole, e più lente, e si ingrandiscono sempre di più, fino a che le correnti presenti nella nube non sono in grado di tenerle sospese.
Alle latitudini medie, le gocce d'acqua si trasformano in cristalli di ghiaccio, i quali si spostano dalle quote alte, in cui si sono formati, a quelle più basse, nelle quali le goccioline d'acqua, presenti a quelle altezze, gelano su di essi, che, una volta riportati nella parte alta della nube diventano fiocchi di neve. Questi ultimi si ingrandiscono sempre di più grazie al movimento presente nella nube, diventando più pesanti, ed iniziano a precipitare. temporale

La grandine si forma quando nella nube i nuclei di condensazione sono abbondanti. Infatti, grazie ad essi, si forma un numero abbastanza elevato di chicchi di grandine, relativamente piccoli, che, una volta a contatto con l'aria calda degli strati più bassi dell'atmosfera, si sciolgono e precipitano al suolo sotto forma di pioggia. Se la nube presenta pochi o nessun nucleo di condensazione, si formano chicchi di grandine relativamente grandi, che precipitano al suolo provocando grossi danni.
Danni considerevoli possono essere anche dovuti ai temporali. Questi possono essere estivi, e quindi provocare solo qualche rovescio di pioggia, oppure intensi, che causano pioggia, vento e talvolta anche la sopra citata grandine.
Tutti i temporali originano da uno o più cumulonembi, che sono nubi caratterizzate dalla presenza al loro interno di una corrente di aria caldo-umida ascendente.
fulmine1

I temporali spesso sono accompagnati da fenomeni come i fulmini. Questi sono delle scariche elettriche improvvise e violente che si verificano tra due nubi o tra una nube e la superficie terrestre a causa di differenze di potenziale molto elevate nell'ambito dell'atmosfera. Questo fenomeno si manifesta con un effetto luminoso (lampo) ed uno sonoro (tuono) che non vengono percepiti simultaneamente a causa delle diverse velocità di propagazione della luce e del suono. Il lampo, pertanto, viene visto quasi istantaneamente, mentre il tuono viene udito dopo un intervallo di tempo tanto più grande quanto più è distante il fulmine. Normalmente un fulmine è composto da un ramo principale e da molti rami secondari, con il caratteristico aspetto a zig-zag, determinato dalla ricerca del percorso di minor resistenza elettrica. fulmine2

Dalla fisica è noto che se si caricano elettricamente due corpi conduttori, separati da un materiale isolante, con cariche di segno opposto, non c'è passaggio di corrente elettrica.
Nei cumulonembi, cariche elettriche negative si accumulano alla base della nube, mentre sul terreno, esattamente al di sotto della nuvola, si accumulano cariche elettriche positive. Le cariche negative formano un canale verso terra ed attirano quelle positive, che a loro volta si spostano verso l'alto seguendo un altro canale. Questi due canali si incontrano e così si chiude un circuito elettrico; ciò provoca una scarica elettrica che è il fulmine.
Lungo lo stretto canale percorso dal fulmine, l'aria si riscalda, quasi istantaneamente, determinando un'espansione esplosiva che ad una certa distanza si manifesta con il tuono. Se un fulmine cade ad una distanza relativamente breve, il tuono viene avvertito come un colpo secco; se cade lontano, il lampo è seguito da un rombo sordo e prolungato.

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Nubi e precipitazioni