FORMAZIONE ED EVOLUZIONE DELLA NEVE NELL'ATMOSFERA E ALL'INTERNO DEL MANTO NEVOSO

 

FORMAZIONE ED EVOLUZIONE DEI CRISTALLI DI NEVE NELL'ATMOSFERA

 

Gran parte delle valanghe, una percentuale superiore al 90% in alcuni tipi di clima, si verifica in seguito alla caduta di neve fresca. A volte le valanghe sono provocate da variazioni del tipo di neve fresca, variazioni che i ricercatori sono sempre pronti a cogliere. La vita di un cristallo di neve ha inizio all'interno delle nubi. Queste sono composte da gocce che si formano in seguito alla supersaturazione dell'aria con vapore acqueo. Queste goccioline si condensano in piccole particelle chiamate nuclei di condensazione (sale, polvere o terra). Esse sono molto piccole, con un diametro di 1 micron e sempre molto numerose. La loro formazione avviene attraverso la condensazione di vapore acqueo sulla loro stessa superficie quando l'aria è satura rispetto alla goccia . In questo caso, se la temperatura dell'aria è al di sotto di 0°C, è possibile che si formi neve da minuscoli cristalli di ghiaccio. A queste temperature, le goccioline d'acqua conservano la loro forma in uno stato surraffreddato. Generalmente queste goccioline hanno un diametro di circa 20 micron e presentano concentrazioni di diverse centinaia per centimetro cubo. Per la formazione di un piccolo cristallo di ghiaccio per congelamento servono anche particelle estranee attorno alle quali il ghiaccio si può cristallizzare. Tuttavia questi nuclei di cristallo di ghiaccio (nuclei di congelamento) sono molto meno comuni dei nuclei di condensazione necessari per formare le goccioline d'acqua.

Le tipiche dimensioni dei nuclei di congelamento sono le stesse dei nuclei di condensazione, anche se i primi hanno una particolare caratteristica che provoca il congelamento. Non tutte le particelle di piccole dimensioni (compresi polvere, terra e varie particelle chimiche) sono adatte a formare nuclei di congelamento, in quanto queste devono avere la giusta struttura molecolare. Inoltre i nuclei di congelamento sono diversi in funzione della temperatura alla quale avviene il processo di congelamento. Il numero dei nuclei di congelamento "attivi>> aumenta con il diminuire della temperatura dell'aria. Alla temperatura di -10°C abbiamo circa 10 nuclei attivi per ogni centimetro cubo.

Mano a mano che la temperatura all'interno della nube diminuisce, diventa molto più facile la formazione per congelamento dei cristalli di ghiaccio. il cui numero cresce rispetto al numero delle gocce Alla temperatura di -40°C le goccioline d'acqua congelano da sole senza l'aiuto dei nuclei di congelamento.

Una volta che si è formato un piccolo cristallo di ghiaccio, la sua successiva evoluzione è determinata da due processi .

Il processo che stabilisce la forma di base del cristallo avviene per trasferimento diretto delle molecole di vapore acqueo dalle gocce d'acqua surraffreddate all'interno della nube. E stato provato in via sperimentale e teorica che la tensione di vapore su una goccia d'acqua è più elevata che non su un cristallo di ghiaccio, a una certa temperatura.

A causa della più elevata pressione sulla goccia, le molecole di vapore acqueo si propagano verso i cristalli di ghiaccio vicini e si condensano sul cristallo di ghiaccio. I cristalli si formano così a spese delle gocce surraffreddate, a causa delle differenze di tensione di vapore tra gocce d'acqua e cristalli di ghiaccio.

Il secondo meccanismo di formazione si ha quando i cristalli si spostano nell'atmosfera Una volta raggiunta una sufficiente dimensione I cristalli di ghiaccio cadono e aumentano la loro massa entrando in collisione con alcune delle gocce raffreddate più grandi, che successivamente si trasformano in cristalli in un secondo processo chiamato "brinata". Si tratta dello stesso processo che provoca la formazione di ghiaccio sulle ali di un aereo che muove le goccioline surraffreddate nell'atmosfera. Quando un cristallo è brinato di solito cade più velocemente perché più pesante, nonostante la resistenza di caduta nell'aria. Al contrario, l'evoluzione da vapore generalmente accresce la resistenza all'aria attraverso la formazione di ramificazioni. A volte queste vengono interamente ricoperte di brina fino a formare un cristallo di forma arrotondata (neve pallottolare) all'interno del quale il cristallo originale è solitamente irriconoscibile. questo richiede una lunga fase di evoluzione che avviene con il passaggio attraverso nubi spesse o da ripetuti passaggi su e giù nelle correnti d'aria di convezione termica nelle nubi, che prolungano il processo di brinata. Le particelle di neve pallottolare possono anche formare grandine nel caso in cui si spostino verso l'alto dando vita a cicli di rigelo-fusione. La forma finale di un cristallo di neve nell'atmosfera dipende da una serie di complesse condizioni che si verificano sulla superficie del cristallo o vicino ad essa; la temperatura è però la variabile più importante. In genere l'evoluzione avviene in due direzioni: sul piano di base del cristallo di ghiaccio o perpendicolarmente ad esso.

Gli studiosi di valanghe più esperti sono soliti osservare molto attentamente i cristalli di neve caduti sul terreno. Lo studio dei cristalli fornisce infatti precise indicazioni riguardo alle condizioni dell'atmosfera dalla quale provengono. Eventuali variazioni dei tipi di cristallo durante forti nevicate, compresi cambiamenti nel processo di brinata, possono creare condizioni tali per cui uno strato di neve non si lega bene con quelli contigui: questo può essere importante ai fini della previsione della stabilità del manto nevoso. Può succedere ad esempio che strati di neve pallottolare non si leghino bene con gli strati contigui, creando così condizioni di instabilità del manto nevoso. Infatti è stato da più parti suggerito che il processo di brinata possa essere indirettamente legato alla formazione di valanghe, compreso il tipo di valanga e il grado d'instabilità. Tuttavia questo può essere considerato al massimo un effetto di secondo o terz'ordine che occorre integrare con altri più importanti fattori ai fini di valutare la stabilità del manto Va detto inoltre che il processo di rottura delle ramificazioni dei cristalli a causa del trasporto della neve è solitamente più importante della brinata a fini della formazione di valanghe. Assieme, gli effetti della forma dei cristalli, della brinata e della fratturazione dei cristalli possono comunque contribuire all' instabilità del manto nevoso fresco e ostacolare il processo di agglomerazione con gli strati più vecchi. Tuttavia, considerata l'elevata combinazione di variabili che possono creare neve instabile, non esistono formule semplici. Lo studioso del manto nevoso deve quindi concentrarsi sugli effetti integrati di queste variabili e la loro relazione con i meccanismi di formazione delle valanghe, piuttosto che esaminare, uno per volta, ciascuno di questi fattori secondari.

 

BRINA DI SUPERFICIE: CONDIZIONI DI FORMAZIONE E CRESCITA

La brina di superficie viene considerata l'equivalente solido della rugiada; essa forma strati di neve molto fragili e sottili, importanti per la formazione di valanghe. La brina si forma quando la tensione del vapore acqueo nell'aria supera la tensione di vapore dei grani di neve sulla superficie.

Di solito si sviluppa rapidamente, sempre che vi siano due condizioni:

1) nell'aria deve essere presente una quantità sufficiente di vapore acqueo;

2) un elevato gradiente termico (inversione) deve caratterizzare il manto nevoso, che viene raffreddato al di sotto del punto di congelamento dell'acqua.

Solitamente la brina di superficie si forma nelle notti fredde e serene, con condizioni di aria calma o pressoché calma. Alcuni studiosi sono propensi a ritenere che in prossimità della superficie sia necessario un leggero movimento dell'aria per riempire la quantità di vapore depositato. Tuttavia, se il moto dell'aria è troppo rapido (cioè turbolento), l'aria vicino alla superficie si mescola, e questo può compromettere l'andamento del gradiente termico dell'aria vicino alla superficie. Durante la formazione di brina di superficie i gradienti termici (inversioni) variano solitamente da 100° a 300°C/m. Di solito l'umidità relativa dell'aria è elevata (> 70%) anche se si può avere formazione di brina di superficie con valori più bassi nel caso in cui la superficie ceda calore per irraggiamento.

La brina di superficie può avere molte forme a seconda della temperatura. Dal momento che si sviluppa dalla fase vapore, la forma dei cristalli dipende dalla temperatura , come confermato dalle misurazioni sul campo.

Un cristallo di brina di superficie ingrandito

 

Le condizioni meteorologiche favorevoli per la formazione della brina di superficie devono soddisfare le due condizioni precedentemente descritte. In presenza di un fronte d'aria fredda in una giornata nuvolosa, con una successiva notte serena, si avrà la probabile formazione di brina di superficie. È stato inoltre osservato che anche una modesta presenza di nubi, ad esempio cirri, può interferire con il fenomeno di raffreddamento per irraggiamento a onde lunghe sulla superficie per ostacolare la crescita della brina. Un'altra situazione comune relativa alla formazione di brina si ha quando nuvole surraffreddate presenti a livello di terreno (nebbia) lasciano il posto a cielo sereno con basso tenore d'umidità. Questo assicura un forte raffreddamento sulla superficie. È anche stato notato che la formazione di brina di superficie viene inibita (o ostacolata) nelle zone concave della superficie del manto.

L'irraggiamento a onda lunga proveniente dalle pareti laterali di una concavità va a colpire la parete opposta invece di diffondersi nello spazio, e quindi il meccanismo di raffreddamento è meno efficace. La brina di superficie può formarsi (e viene osservata) in qualsiasi tipo di clima, sempre che esistano le condizioni necessarie per la sua crescita. Essendo molto fragile, può essere facilmente distrutta. Tra gli agenti distruttivi vi sono la sublimazione, il vento, i cicli di fusione?rigelo e la pioggia gelata. Talvolta il vento spazza via la brina di superficie al di sopra del limite boschivo, rendendo le aree più riparate sottovento più pericolose di quelle vicine alle cime delle montagne. La brina di superficie sepolta da nuove nevicate è particolarmente incline a creare rotture che si propagano. Diversi incidenti mortali si sono verificati allorché gli sciatori su un terreno piano hanno provocato fratture primarie nello strato di brina di superficie, creando le condizioni per il distacco a distanza di lastroni. Questo esempio dimostra che anche se le valanghe di solito non si formano con pendenze inferiori a 25° , questo non significa che sia sempre del tutto sicuro muoversi su pendii meno ripidi. La brina di superficie può guadagnare resistenza mediante la formazione di legami con gli strati contigui

. Il persistere dell'instabilità dipende soprattutto dallo spessore dello strato di brina, che può variare da meno di 1 mm a diversi centimetri. Gli strati più spessi possono durare per interi mesi quando sono ricoperti da altra neve. L'instabilità è anche favorita dal fatto che i cristalli hanno grandi dimensioni e hanno una forma diversa dai cristalli contigui. Le tipiche dimensioni variano da meno di 1 mm a più di 1 cm di lunghezza.

Piccoli cristalli di brina di superficie	Cristalli di brina di superficie più grandi