In
meteorologia
una
nuvola
(nel linguaggio
scientifico
chiamata piu comunemente
nube
) e un'
idrometeora
costituita da minute particelle di
vapore d'acqua
condensato e/o
cristalli di ghiaccio
, sospesi nell'
atmosfera
grazie a correnti ascensionali o in stato di
galleggiamento
e solitamente non a contatto con il suolo.
[1]
Dalle nubi si originano le
precipitazioni
, una delle fasi del
ciclo dell'acqua
nell'
idrosfera
assieme alla
condensazione
del
vapore acqueo
.
La forma di alcuni tipi di nube e assimilabile ad un
frattale
con una tipica
auto similarita
, mentre il
colore
delle nubi e dovuto essenzialmente a
fenomeni ottici
di interazione
radiazione
-
materia
, ovvero
luce
-vapor d'acqua (principalmente
riflessione
,
rifrazione
e
diffusione
), funzione a sua volta della
densita
e spessore della nube. La branca della
meteorologia
che studia le nuvole e i fenomeni ad esse collegati e detta
nefologia
.
Comunemente si parla di nubi per quanto riguarda masse visibili sopra la
superficie terrestre
, ma ugualmente si formano nubi anche su altri
corpi planetari
o
satelliti
. Possono formarsi strutture simili a nuvole anche nello spazio interstellare, ma in questo caso non si tratta di agglomerati di gocce di vapore acqueo. Si parla in questo caso di
nubi interstellari
. Le nubi sono rappresentative, e sono a loro volta causa, di complessi
fenomeni meteorologici
, quali la
pioggia
, la
neve
e la
grandine
. Per analogia di forma il termine e stato esteso anche a esalazioni di
fumo
nell'atmosfera o accumuli che possono essere di
polvere
,
sabbia
o
insetti
. Dal punto di vista della
termodinamica
le nubi rappresentano l'aspetto visivo di fenomeni che avvengono all'interno di un fluido gassoso noto come
atmosfera
; le grandezze in gioco sono:
temperatura
,
umidita
,
pressione
.
L'aspetto di una nube e determinato dalla natura, grandezza, numero, distribuzione nello spazio delle particelle e materiale che la costituiscono; dipende anche dall'intensita e dal colore della luce ricevuta dalla nuvola e dalla posizione relativa dell'osservatore e della sorgente di luce.
[1]
Luminanza
e un termine tecnico adottato per l'uso in
fotometria
e indica il quoziente dell'intensita della luce, in una direzione data, e della proiezione dell'area della superficie di emissione di un piano perpendicolare a quella direzione. Nel campo delle nuvole e determinata dalla luce riflessa, diffusa e trasmessa dalle sue particelle costituenti. La luminanza puo essere modificata da una
caligine
che s'interpone tra la nube stessa e l'osservatore, nonche da fenomeni ottici come
aloni
,
corone
,
glorie
ecc.
Solitamente la luminanza delle nubi, durante il giorno, consente di poterle osservare in modo chiaro, mentre durante la
notte
e possibile osservarle solo quando la
Luna
e illuminata per piu di un quarto.
Le nuvole che si formano sulla
Terra
sono generate dal
vapore acqueo
che, condensandosi, forma piccole goccioline o
cristalli di ghiaccio
, solitamente di 0,01
mm
di
diametro
. Quando si formano agglomerati di miliardi di queste goccioline, appare visibile la nuvola, di un tipico colore bianco dovuto all'elevata capacita di
riflessione
della
luce
(fra il 60% e il 85%) sulla superficie di queste goccioline.
A causa dell'elevata
dispersione della luce
nelle goccioline che compongono la nube, essa puo apparire anche grigia o a volte blu scura, quasi nera. Maggiore sara la densita della nube e maggiore il suo spessore, piu scura essa apparira. Questo e il motivo per cui una nube temporalesca, generalmente un
cumulonembo
, appare molto scura alla base.
All'
alba
ed al
tramonto
, le nuvole possono assumere un colore simile a quello del cielo, soprattutto
arancione
e
rosa
. Attorno alla lunghezza d'onda dell'
infrarosso
, le nuvole apparirebbero piu scure perche l'acqua che le costituisce assorbirebbe fortemente la luce solare a questa lunghezza d'onda.
Tabella di classificazione incrociata
Nel
XIX secolo
esisteva un metodo di classificazione piu complesso e articolato dell'attuale, che prevedeva nomi latini per le nubi e che sta alla base di quello odierno. Questo sistema e stato approntato da
Luke Howard
, farmacista e chimico
quacchero
, allora trentenne (1803, Conferenza Askesiana di Londra).
[2]
Questo sistema di classificazione sfrutta alcune osservazioni fatte in precedenza da
Ferdinando II de' Medici
e da
Carlo Teodoro di Baviera
.
Nella loro pressoche infinita varieta (di forme, trasparenza, altezza, ecc.) si possono individuare quattro tipi fondamentali di nubi, i cui nomi sono poi usati per una classificazione piu precisa:
- i
cirri
, che appaiono come filamenti lunghi e bianchi; sono costituiti da cristalli di ghiaccio che li rendono traslucidi, e grazie alla loro disposizione si puo sapere la direzione del vento in quota. Aggettivo
cirriforme
.
[3]
- i
cumuli
(o cumoli) che appaiono come grumi o globuli, isolati o a gruppi, di dimensioni e forme diversissime, bianchissimi ove colpiti dalla luce del sole, grigiastri ove all'ombra; sovrastano una
corrente ascensionale
; aggettivo
cumuliforme
.
- gli
strati
, spesso di estensioni notevoli e di forma piatta;
[4]
aggettivo
stratiforme
.
- i nembi, la cui base appare grigia scura e che sono portatori di pioggia. Aggettivo
nembiforme
.
[5]
L'agenzia americana
NASA
, ha pubblicato un'elaborazione dei primi quattro tipi di base, cui ha aggiunto un quinto tipo,
stratocumuliforme
, per descrivere le nuvole in forma di rotoli o increspature, e chiarito nembiforme come
cumulonembiforme
per specificare nubi temporalesche che possono produrre tuono.
[3]
Sulla base dei tipi fondamentali sopra visti, si conviene classificare le nubi secondo l'altezza della loro
base
dal suolo in
quattro gruppi
e
dieci tipi
: nubi alte (prefisso cirro-), nubi medie (prefisso alto-), nubi basse (prefisso strato-) e nubi a sviluppo verticale (prefissi cumulo-/nembo-).
Formazioni nuvolose con base (nelle regioni temperate) tra gli 8 000 ed i 14 000 m, sono le nubi piu fredde, composte essenzialmente da cristalli di ghiaccio che le rendono traslucide; dalla loro disposizione si puo sapere la direzione del
vento
in quota (perpendicolarmente alle strisce, verso la direzione delle gobbe); sono caratterizzate del prefisso "cirro-".
- Cirri
(Ci) -cirriforme (filamenti)
- Cirrocumuli
(Cc) -stratocumuliforme (rotoli o increspature), sono nubi di cristallo di ghiaccio con forma leggermente globosa
[4]
- Cirrostrati
(Cs) -stratiforme
-
Cirri
-
Cirrocumuli
-
Cirrostrati
Sono formazioni nuvolose con base (nelle regioni temperate) tra i 2 000 e gli 8 000 m. Sono essenzialmente composte da gocce d'acqua o da un miscuglio di gocce d'acqua e cristalli di ghiaccio. Sono caratterizzate dal prefisso "alto-".
- Altocumuli
(Ac) - stratocumuliforme, sono nubi che si formano con tassi di umidita elevata e con venti deboli
- Altostrati
(As) - stratiforme, sono nubi che si trovano presso i poli e provocano nevicate
[4]
-
Altocumuli
-
Altostrati e cirri
Formazioni nuvolose con base (nelle regioni temperate) sotto i 2 000 m, sono essenzialmente composte da gocce d'acqua. Quando le nubi basse giungono in contatto col terreno, si parla di
nebbia
. Sono caratterizzate dal prefisso e suffisso "strato-".
-
Stratocumuli
-
Strati
-
Cumuli humilis
Formazioni con base sotto i 3 000 m. Sono essenzialmente composte da gocce d'acqua.
- Cumuli specie mediocris (Cu med) -cumuliforme
- Nembostrati
(Ns) -stratiforme
Formazioni nuvolose verticali. Sono le nubi piu turbolente e sovrastano le
correnti ascensionali
. Nelle loro forme piu grandi (cumulonembi), possono raggiungere dimensioni enormi, coprendo intere regioni e portando violente
precipitazioni
e temporali. Questi tipi di nubi non sono classificati insieme agli altri per altezza perche hanno appunto un grande sviluppo verticale.
-
Cumulonembi
-
Cumulo specie congesto
Con l'eccezione dei vari tipi di cumuli e cumulonembi, tutti gli altri tipi di nubi sono a sviluppo orizzontale (ovvero il loro spessore verticale non e elevato).
I cumulonembi si sviluppano quando un cumulo, continuamente alimentato da una corrente ascensionale, cresce in verticale. Un cumulonembo puo estendersi fino al limite inferiore della stratosfera, a quote dai 12 ai 15 chilometri a seconda delle latitudini.
Alcune nubi si formano al di sopra della
troposfera
: si tratta delle
nubi madreperlacee
e delle
nubi nottilucenti
. Le prime si formano nella
stratosfera
ad altezze comprese tra 15 e 25 km, esclusivamente nelle regioni polari; le seconde nella
mesosfera
a un'altezza di circa 85 km, solitamente a una latitudine compresa tra 50° e 60° sia a nord che a sud dell'
Equatore
.
Le nubi sono prodotte dalla
condensazione
del
vapore
generato dall'
evaporazione
dell'
acqua
sulla
superficie terrestre
(contenuta nei
mari
,
laghi
,
fiumi
, etc.) a causa del
riscaldamento solare
. Il fenomeno, per quanto complesso, si puo riassumere come segue:
A causa dell'irraggiamento solare la temperatura della superficie terrestre aumenta. Per
conduzione termica
il suolo caldo scalda anche l'
aria
a contatto con esso. Poiche l'aria calda e piu leggera di quella circostante relativamente fredda, essa si solleva generando una
corrente ascensionale
e portando con se l'
umidita
contenuta.
Salendo, l'aria si raffredda
adiabaticamente
, raggiungendo il
punto di saturazione
del vapore, il quale pertanto si trasforma in minuscole goccioline di acqua, che restano sospese nell'aria, formando per l'appunto le nubi. Se la temperatura e particolarmente bassa, queste si trasformano in microscopici cristalli di ghiaccio.
Nel dettaglio, cio avviene per i seguenti motivi:
- L'aria viene raffreddata al di sotto del suo punto di saturazione. Cio avviene quando l'aria arriva a contatto con una superficie fredda, o viene raffreddata adiabaticamente, quando cioe l'aria, muovendosi verso l'alto, si raffredda. Cio puo avvenire nei seguenti casi:
- Lungo un
fronte meteorologico
, caldo o freddo. In questo caso l'aria fredda, piu densa, scorre sotto l'aria calda, con la conseguente formazione di ammassi nuvolosi.
- Quando l'aria soffia lungo il versante di una
montagna
e si raffredda progressivamente mentre sale verso gli strati piu alti dell'
atmosfera
.
- Per convezione, quando una massa d'aria calda si solleva a causa del riscaldamento. Il riscaldamento e di solito dovuto all'irraggiamento solare, ma puo essere anche causato da incendi.
- Quando l'aria calda giunge in contatto con una superficie piu fredda, come uno specchio d'acqua fredda.
- Le nubi possono formarsi anche quando due masse d'aria al di sotto del punto di saturazione si mescolano, ad esempio le nuvolette prodotte dal fiato quando c'e aria fredda, le scie degli aerei o il "fumo di mare" dell'
Artide
.
L'acqua in una nuvola tipica puo avere una
massa
fino a parecchi milioni di
tonnellate
. Comunque, il
volume
di una nuvola e anch'esso molto grande e la
densita
dell'aria relativamente calda che trattiene le goccioline d'acqua e piu bassa di quelle sottostante, per cui l'aria scorre al di sotto di essa ed e capace di tenerla in sospensione. Le condizioni all'interno di una nuvola non sono comunque stabili: le goccioline (che hanno un raggio dell'ordine di 10 μm) si formano ed evaporano in continuazione.
Le goccioline si formano principalmente quando una particella di
pulviscolo
agisce da
nucleo di condensazione
; quando si ha una condizione di
supersaturazione
vicina al 400% le goccioline d'acqua stesse possono agire da nuclei di condensazione, ma si tratta di una condizione relativamente rara. Il processo di crescita delle gocce d'acqua in condizioni di saturazione e descritto matematicamente dall'
equazione di Mason
.
Le goccioline possono formare
precipitazioni
solo quando diventano sufficientemente grandi e pesanti da cadere giu dalla nuvola. Questo puo avvenire in due modi. Il principale, responsabile della maggior quantita delle precipitazioni alle medie latitudini, si chiama
processo Bergeron-Findelsen
, nel quale le goccioline d'acqua
sopraffuse
e cristalli di
ghiaccio
in una nuvola interagiscono per formare un rapido accrescimento del cristallo di ghiaccio: questi cristalli cadono dalla nuvola e possono sciogliersi mentre cadono. Il processo avviene nelle nubi che hanno una sommita con una
temperatura
inferiore a -15 °C (258,15
K
). Il secondo processo, detto di
coalescenza
, piu comune nelle zone
tropicali
, avviene in nubi piu calde ed e prodotto dalla collisione delle goccioline d'acqua piu grandi con goccioline piu piccole che vengono cosi inglobate. Il processo risulta efficace soprattutto quando la nuvola ha un'elevata densita.
Finche le correnti d'aria nella nuvola e quelle che scorrono sotto riescono a mantenere in sospensione le goccioline, esse continueranno a ingrandirsi; raggiunta la sommita della nuvola, dove le correnti ascendenti divergono, le goccioline ricadono verso il basso a causa della forza di
gravita
e poi vengono nuovamente portate verso l'alto, creando continui saliscendi, che fanno ulteriormente incrementare le dimensioni delle goccioline. Quando esse raggiungono dimensioni di circa 200 μm, le correnti ascensionali non possono piu sostenerle e, quindi, possono solo cadere: se la nuvola e molto alta e il numero di goccioline urtate e elevato, le gocce possono raggiungere un diametro di 0,5?2 mm o anche di piu e allora cadono direttamente come
pioggia
.
"Ghiaccio bollente" nella formazione delle nuvole
[
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In aggiunta a essere un termine colloquiale usato per descrivere il
ghiaccio secco
, l'espressione "ghiaccio bollente" e il nome dato ad un fenomeno sorprendente nel quale l'acqua si trasforma in ghiaccio a temperatura ambiente, grazie ad un campo elettrico dell'ordine di un milione di
volt
al metro.
[6]
L'effetto di questo
campo elettrico
e stato suggerito come un'ipotesi per la formazione delle nuvole, generando tuttavia non poche controversie e per questo tale ipotesi non e largamente accettata.
La nuvolosita del cielo e misurabile in
okta
, con una scala che va da 0 a 9; ogni grado e identificabile con un colore:
0 okta
|
(blu chiaro)
|
nessuna nuvola in cielo
|
1 okta
|
(giallo)
|
nuvole rare e sparse
|
2 okta
|
(magenta)
|
nuvole sparse
|
3 okta
|
(verde chiaro)
|
nuvole sparse che hanno tendenza a raggrupparsi e accumularsi
|
4 okta
|
(argento)
|
meta del cielo e coperta da nuvole
|
5 okta
|
(blu-nero)
|
la maggior parte del cielo e coperta da nuvole
|
6 okta
|
(marrone)
|
cielo generalmente coperto
|
7 okta
|
(grigio)
|
cielo coperto con rare schiarite
|
8 okta
|
(viola)
|
cielo totalmente coperto
|
9 okta
|
(rosso)
|
cielo completamente invisibile (a causa di nebbia o neve)
|
Le nubi coprono circa la meta della superficie atmosferica e quindi hanno un rilevante effetto sul
bilancio energetico Sole - Terra
pur con differente peso a seconda del tipo di nube in base al suo spessore: nubi alte e stratificate come cirri e cirrostrati tendono a riscaldare l'atmosfera lasciando passare la radiazione solare e bloccando la radiazione terrestre uscente ad onda lunga; viceversa le nubi basse, dense e spesse tendono a raffreddare la superficie terrestre riflettendo direttamente la radiazione solare entrante; il bilancio complessivo delle nubi non e noto ed e oggetto di studio della nascente 'climatologia delle nubi'. Teorie alternative non ancora dimostrate che cercano di spiegare il
riscaldamento globale
attuale senza ricorrere al forzante dei
gas serra
considerano le nubi attraverso meccanismi quali l'
effetto iris
e l'influenza dei
raggi cosmici
.
- ^
a
b
World Meteorological Organization (a cura di),
International Cloud Atlas Volume 1
, Ginevra, Secretariat of the World Meteorological Organization, 1975.
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) Basil John Mason,
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URL consultato il 6 giugno 2006
(archiviato dall'
url originale
il 4 aprile 2015)
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