DALL'ACQUA ALLA NUBE

Si è visto come l'acqua che si trova sulla su­perficie terrestre possa trasferirsi nell'atmo­sfera. È necessario pensare questo processo come un immenso passaggio di acqua dagli oceani, dai fiumi, dai laghi e così via, verso l'atmosfera, esteso su tutto il globo, anche sulla terraferma, dove sia presente dell'acqua sotto qualsiasi forma. Esso avviene durante tutte le stagioni ed a qualsiasi temperatura. Naturalmente a differenti condizioni di tem­peratura corrisponderà una diversa entità del fenomeno, ma quest'ultimo si può veramente interpretare come un immenso fiume di acqua che si trasferisce dalla terra e dagli oceani verso l'atmosfera.

L'esperienza visiva di ognuno tuttavia sembra offrire pochi appigli all'accettazione di una tale idea: in fin dei conti, se c'è dell'acqua che si sposta verso l'alto, essa dovrebbe essere visibile nel suo movimento. Ciò invece non avviene.

A questo proposito è necessario ricordare un'altra proprietà fisica dell'acqua, già ac­cennata in precedenza, che consiste nel po­tersi trasformare in modo tale da rendersi in­visibile all'occhio umano, confondendosi perfettamente con l'aria atmosferica.

Si è visto come l'acqua liquida sommata ad una certa quantità di calore possa trasfor­marsi in un gas costituito dalle stesse mole­cole d'acqua “staccate”, le une dalle altre; questo gas prende il nome di vapore acqueo. In questa forma l'acqua può viaggiare e può essere trasportata per grandi distanze. Il pro­cesso attraverso il quale l'acqua diventa va­pore si chiama evaporazione, mentre quello che fa “riavvicinare” le molecole d'acqua le une alle altre, formando goccioline si chiama condensazione. Ora, il vapore acqueo non è, per sua proprietà, visibile all'occhio umano, mentre l'insieme delle goccioline si.

Il vapore acqueo mescolato all'aria atmosfe­rica è quindi invisibile, mentre l'insieme delle goccioline in sospensione nell'aria forma una nube.

In conclusione si può dire che una nube si forma quando il vapore ac­queo contenuto in una massa d'aria si con­densa trasformandosi in acqua liquida.

Ma quali sono le cause che portano il vapore di una porzione d'aria a condensare? Quali condizioni ambientali deve trovare una massa di aria umida nel suo girovagare per rendersi visibile? La risposta è: essa deve diminuire la sua temperatura, deve cioè raffreddarsi. Ve­diamo perché.

È necessario un piccolo preambolo. In ogni porzione di aria umida è contenuto un numero enorme di molecole di vapor d'acqua e di aria, inoltre le molecole di vapore tendono ad attrarsi le une con le altre. Esse si muovono al suo interno a gran velocità, in modo total­mente disordinato urtandosi continuamente. Sono proprio questi urti continui che permet­tono alle singole molecole del vapore acqueo di rimanere “staccate”, le une dalle altre. Se il numero di urti che ognuna di esse subisce in un certo tempo diminuisse, esse tenderebbe­ro ad aggregarsi, formando goccioline. Ma esiste una precisa correlazione tra la velocità delle molecole e la temperatura della massa d'aria umida considerata.

La velocità interna delle molecole della massa d'aria diminuisce con il diminuire della tem­peratura: più l'aria è fredda minore è la loro velocità (e viceversa). Questo porta ad una diminuzione degli urti con la conseguenza che le molecole, ad una temperatura abba­stanza bassa, non potrebbero più rimanere staccate le une dalle altre: questo, come si è già visto, porta alla loro aggregazione e alla formazione di nubi.

Arriviamo così a dedurre un fatto di grande importanza: una porzione d’aria, a seconda della temperatura in cui si trova, può contenere un quantitativo massimo di vapore (l’aria in queste condizioni viene detta “satura”). Aumentando la temperatura essa è capace, come una spugna, di contenerne in misura sempre maggiore; se invece si raffredda, si troverà in uno stato in cui il vapore che contiene è in eccesso rispetto a quello massimo consentito, e lo dovrà trasformare in goccioline d’acqua.

Una massa d’aria, con un certo contenuto di vapore, può formare una nube se la sua temperatura si abbassa, oppure se vi viene immesso vapore in quantità tale da produrre condensazione. Tuttavia nell’atmosfera il processo che sta alla base della formazione delle nubi è il primo.

Avendo compreso ora che il raffreddamento dei una massa d’aria sta alla base del meccanismo di formazione delle nubi, non resta ora che vedere quali mezzi ha l’aria per raffreddarsi nell’atmosfera.

L’esperienza di tutti i giorni insegna che la maniera più facile per raffred­dare un oggetto è quella di metterlo a contatto con uno più freddo, ad esempio, introducen­dolo, ad esempio, in un frigorifero.

In effetti alcune nubi si formano quando l'aria diminuisce di temperatura a contatto con un oggetto più freddo (il suolo, per esempio). Tuttavia le masse d'aria atmosferica scelgono spesso un modo di raffreddarsi un po' più complicato, che va sotto il nome di espansio­ne adiabatica.

Si tratta semplicemente di questo: una massa di aria atmosferica e, in generale, una por­zione di qualsiasi gas, quando subisce un'e­spansione (cioè un aumento di volume) con una certa velocità, si raffredda. Viceversa, quando viene compressa velocemente si ri­scalda (come quando si pompa aria in una bicicletta: l'aria nella pompa si riscalda per­ché compressa violentemente).

Quali sono i mezzi di cui una massa d'aria atmosferica dispone per espandersi (o com­primersi) adiabaticamente?

Per espandersi un volume di gas può utilizzare due sistemi: aumentare la pressione al suo interno oppure diminuire la pressione ambiente. Nel primo caso il volume si dilata perché ci sono delle forze interne che lo spingono ad espandersi, nel secondo è la di­minuzione dell'intensità delle forze esterne che gli permette di espandersi.

Una massa d'aria atmosferica usa principal­mente e facilmente il secondo sistema: infatti basta che essa si muova verso l'alto per tro­vare intorno a sé una pressione sempre mi­nore, che offre cioè sempre minore resistenza alla sua dilatazione.

La pressione atmosferica in un luogo consi­derato è dovuta al peso esercitato dalla co­lonna d'aria atmosferica situata sopra il luogo stesso: il peso della colonna quindi dipende in primo luogo dalla sua altezza. In pianura la pressione è maggiore che non sulla cima della montagna, a causa della differente quantità di aria sovrastante i due luoghi. Alla sommità dell'atmosfera, ad esempio, la pres­sione è quasi zero perché non vi è pratica­mente più aria al di sopra.