Avete mai pensato a quale lunghissimo viaggio compiono i fiocchi di neve dalle nuvole in cui si formano fino al suolo? E vi siete mai chiesti come si formi un fiocco di neve?

I fiocchi di neve sono cristalli di ghiaccio che cadono in un’infinita gamma di forme e grandezze. Molti sembrano davvero essere delle opere d’arte bidimensionali. Altri sembrano intricati ammassi di fili di ghiaccio consumati. La gran parte dei fiocchi scende singolarmente, uno alla volta, ma in alcuni casi possono cadere in folti gruppi. Ciò che tutti hanno in comune è la fonte: le nuvole che si librano ad almeno un chilometro (0,6 miglia) sopra il suolo.

I fiocchi di neve formano quasi tutti a zero gradi o poco meno

In inverno, l’aria a quell’altezza può essere molto fredda; e sarà sempre più fredda mano a mano che si va più in alto. Affinché si formino i fiocchi di neve, queste nuvole hanno sì bisogno di essere ad una temperatura sotto zero gradi, ma non troppo fredda. I fiocchi di neve si formano per condensazione all’interno di una nuvola; se l’aria è troppo fredda, la nuvola non tratterrà sufficiente acqua per formare qualcosa da far precipitare fuori. Ecco perché la gran parte dei fiocchi di neve si sviluppa a zero gradi o appena sotto zero – 0° (zero gradi) Celsius si intende, ossia 32° Fahrenheit. La neve può formarsi in ambienti più freddi, ma più freddo c’è e meno condensazione ci sarà per formare un fiocco di neve.

Infatti, l’aria di una nuvola deve essere supersatura, con una condensazione tale da formare un fiocco. Ciò significa che c’è più acqua del normale nell’aria stessa. (L’umidità relativa può raggiungere il 101% durante la supersaturazione. Questo significa che c’è l’1% in più d’acqua nell’aria di quanto essa sia capace di trattenere.)

Quando c’è troppa acqua nell’aria, una nuvola cercherà di liberarsi di quella in eccesso. Qualcosa di quell’eccesso può congelarsi in cristalli di neve che poi vagano lentamente fino al suolo.

Il processo di nucleazione

C’è bisogno di una cosa in più per trasformare la condensazione di una nuvola in un fiocco. Gli scienziati lo chiamano processo di nucleazione. In pratica, quando l’umidità atmosferica si congela attorno ad una particella di polvere o di sale, ad esempio, si forma un fiocco di neve. Affinché ciò avvenga deve esserci un equilibrio. Senza qualcosa cui attaccarsi, i “droplets” (le goccioline, nda) d’acqua non possono congelarsi. Anche quando la temperatura dell’aria è ben al di sotto del congelamento, i droplets di acqua resteranno liquidi – finché non avranno qualcosa di solido al quale possano attaccarsi.

Di solito, come abbiamo accennato, questa cosa è un granello di polline, una particella di polvere o qualcos’altro trasportato dall’aria. Potrebbero essere aerosol di smog o composti organici volatili realizzati dalle piante. Anche piccole particelle di fuliggine o pezzetti di microscopici metalli fuoriusciti dal tubo di scappamento delle macchine possono diventare i nuclei intorno ai quali si cristallizzano i fiocchi di neve. In verità, quando l’aria è molto pulita può essere molto difficile per l’umidità di una nuvola trovare un nucleo.

Lassù in una nuvola ci devono essere piccole particelle fluttuanti per cristalli di neve da formare. Quando emergono le giuste condizioni, i droplets superfreddi di acqua afferreranno quei nuclei. Lo faranno uno per uno, costruendo un cristallo di ghiaccio.

I fiocchi di neve hanno sei facce: la struttura dell’esagono

Per capire cosa c’è dietro alla forma intricata e complessa di un fiocco di neve, gli scienziati si rivolgono alla chimica, e in particolare all’azione degli atomi. Una molecola d’acqua, o H2O, è composta da due atomi di idrogeno e da un atomo di ossigeno. Questo trio si combina in uno schema detto “Topolino”. Questo conduce a legami polari covalenti. Il nucleo dell’ossigeno è più grande ed ha così più forza di attrazione. Esso attira con più forza le cariche elettroniche negative che essi condividono. Ciò porta tali elettroni ad essere molto vicini, cosa che dà all’ossigeno una relativa carica elettrica negativa. I due atomi di idrogeno finiscono per diventare “un po’ positivi”, in termini di carica.

Sola, la struttura di una molecola d’acqua assomiglia ad un’ampia V. Ma quando molteplici molecole di H2O si trovano vicine l’un l’altra, esse iniziano a ruotare su se stesse unendo le loro cariche elettriche. Le cariche opposte si attraggono. Così un idrogeno negativo si rivolge verso un ossigeno positivo. La forma che ne risulta è quella di un esagono.

Ecco perché i fiocchi di neve hanno sei facce. Ciò deriva dalla struttura esagonale – sei facce – della maggior parte dei cristalli di ghiaccio. E gli esagoni si uniscono, si legano con altri esagoni, crescendo verso l’esterno.

E così è nato un fiocco di neve

Ogni esagono contiene molto spazio vuoto. Questo spiega perché il ghiaccio fluttua sull’acqua: è meno denso. Le molecole di H2O più calde nella fase liquida sono troppo attive per fissarsi in un rigido esagono. Come risultato, lo stesso numero di molecole di H2O occupa il 9% in più di spazio come ghiaccio solido che come acqua (stato liquido).

A seconda della temperatura, questi esagoni si uniscono agli altri e crescono in differenti modi. A volte, essi formano aghi. Altri possono formare ramificazioni come dendriti (aggregati di cristalli somiglianti ad alberi, nda). Tutti sono belli e tutti hanno una loro storia, che è unica e irripetibile.

Nel 1885 la prima foto di un fiocco di neve

La struttura di un fiocco di neve è stata una curiosità scientifica da quando Wilson Alwyn “Fiocco di neve” Bentley collegò un microscopio alla sua macchina fotografica nel 1885 e divenne la prima persona a fotografarli.

Questi cristalli dalla vita breve affascinano ancora gli scienziati. Per catturare meglio la loro forma e il loro movimento, Tim Garrett, presso l’Università di Utah a Salt Lake City, ha recentemente costruito un eccellente macchina per osservare i fiocchi di neve. La usa per guardare da dentro la loro infinita varietà.

I fiocchi di neve attraverso i numeri

• 1. Un tipico fiocco di neve può contenere 1.000.000.000.000.000.000 o un quintilione di molecole d’acqua. È un milione di volte un milione di volte un milione! Questi blocchi di costruzione possono configurarsi in un virtualmente infinito assortimento di modelli. Non potranno mai esistere due fiocchi di neve perfettamente uguali.
• 2. I fiocchi di neve tendono ad avere un diametro inferiore rispetto a una moneta. Ma raramente anche forme più grandi. Nel gennaio 1887 in Montana, in un ranch, furono trovati fiocchi di neve “più grandi di una pentola da latte”. Ossia una circonferenza di 38 centimetri. Nessuna macchina fotografica li ha potuti immortalare. Cosicché non esistono prove. Ma in alcune occasioni si sono formati fiocchi di neve grandi 15,2 centimetri.
• 3. La maggior parte dei fiocchi di neve cade ad una velocità compresa tra 1,6 e 6,4 km/h.
• 4. Qualora i fiocchi di neve si formino in una nuvola a un’altezza di due chilometri, ognuno di essi potrebbe impiegare dai 10 ai 60 minuti prima di arrivare al suolo.

Fonte: ScienceNewsExplores