Come nasce una goccia d’acqua?
Conosciamo tutti molto bene la pioggia, ovvero la caduta verso il suolo di gocce d’acqua da una nube; ma queste gocce d’acqua come si formano? ve lo spieghiamo in questo articolo.
Come ben sappiamo per dare inizio a delle precipitazioni abbiamo bisogno che le nostre goccioline d’acqua all’interno della nube abbiano una determinata massa, tale per cui la loro forza peso dovrà risultare maggiore della resistenza dei moti ascendenti, solamente in quel momento esse cominceranno a cadere verso il basso.
Ma qual è il principio che da iniziò a questa formazione ?
Ogni giorno dalla superficie terrestre evaporano nell’atmosfera circa 1000 miliardi di tonnellate d’acqua. Questo vapore liberato da oceani,fiumi e laghi viene trasportato in atmosfera grazie alle correnti ascensionali e alla bassa densità del vapore acqueo. Salendo verso l’alto l’aria si raffredda per espansione adiabatica,fino al raggiungimento della saturazione. Arrivati a questo punto la nostra nube in formazione contiene all’interno circa 500 miliardi di molecole d’acqua.
Ma come si formano le gocce di pioggia dalla nostra nube?
Pensando che basti un incontro casuale di molteplici molecole d’acqua per la formazione di una goccia di circa 300-500 micron, sbagliamo di grosso e dunque la pioggia diventerebbe un evento assai raro. Una caratteristica essenziale per il nostro processo è il raggio critico, ovvero la dimensione minima dopo la quale comincia ad avvenire la formazione della goccia. Il processo che considera l’evaporazione e gli urti delle sole molecole di acqua prende il nome di nucleazione omogenea ed è impossibile nella nostra atmosfera poiché ci vorrebbero delle condizioni di sovrasaturazione di circa il 110% per oltrepassare il raggio critico, mentre la natura può concedercene solamente 102-103 %.
Bisogna supporre allora che le gocce d’acqua si formino con qualche altro processo.
Sappiamo che in atmosfera non abbiamo solamente vapore acqueo ma ci sono molti altri tipi di aerosol che se bagnati sulla superficie diventano dei siti ideali per la condensazione (nuclei igroscopici) ma con il vantaggio che la loro pressione di saturazione è assai più bassa della semplice molecola di vapore d’acqua e questo favorisce il superamento della raggio critico e quindi la formazione della nostra goccia. Più il nostro sito ideale contiene soluto più il raggio critico si abbassa (curve di köhler), un esempio molto comune è proprio il sale marino (NaCl). Questo nuovo processo prende il nome di nucleazione eterogenea idrofila.
Qual è il processo di accrescimento di queste gocce?
Il primo processo di accrescimento è quello discusso poco fa ovvero nuclei ideali igroscopici sovrasaturi all’interno della nube. Questo processo è eccessivamente lento con il passare del tempo e già dopo 5-6 micron abbiamo bisogno di un secondo metodo.
Il nuovo meccanismo che la natura propone è l’accrescimento per coalescenza assai semplice. Le particelle più grandi avranno una velocità maggiore rispetto a quelle più piccole e dunque all’interno della nube avveranno delle collisioni. Si viene a formare così una particella chiamata collettore la quale ingloberà, con una certa probabilità,altre particelle minori al proprio interno fino a quando la goccia non arriverà ad avere un diametro di circa 1-2 mm e non potrà più essere sostenuta dalle correnti ascenzionali.
A cura di Flavio Laudenzi
