Che si tratti di un tuono o di una pioggerella sui bicchieri – La pioggia riporta a terra l'acqua evaporata. A volte è attesa con impazienza, altre volte ogni litro è troppo di una cosa buona. La pioggia sembra banale, ma è vero il contrario!
Che cos'è la pioggia e come si forma?
La risposta sembra semplice: la pioggia è la forma liquida delle precipitazioni ed è composta da acqua e aerosol fini – noti come nuclei di condensazione. Possono essere di origine naturale o artificiale (come la polvere turbinata , il sale, la cenere vulcanica o le particelle di fuliggine provenienti dai processi di combustione...). L'acqua di elevata purezza non congela a 0 gradi, ma può essere ancora liquida a temperature inferiori allo zero. I nuclei di condensazione lo impediscono, il vapore acqueo si condensa e si accumula sulle particelle sottili. Si formano le prime goccioline sottili. Tuttavia, all'inizio sono ancora molto piccole e rimangono in sospensione. Si formano le nuvole, ma non tutte le nuvole portano pioggia. Qui sono all'opera due diversi meccanismi che portano alla crescita delle goccioline.
Fig. 1: Confronto tra le diverse dimensioni di nuvole e gocce di pioggia; Fonte: Wikipedia
Coalescenza
Sembra complicato, ma è facile da capire. Le sottili gocce d'acqua galleggianti si toccano e si uniscono per formare gocce più grandi. Queste gocce più grandi raccolgono di più e crescono di conseguenza. A un certo punto sono così grandi e pesanti che non possono più essere tenute in sospensione dalla circolazione dell'aria. Cadono sulla terra come gocce di pioggia. Tuttavia, il fatto che arrivino a terra dipende da altre condizioni. Se l'aria sotto la nuvola è sufficientemente secca e il percorso di caduta è abbastanza lungo, queste gocce possono evaporare di nuovo durante la discesa. Tuttavia, questo rende l'aria più umida, il che rende sempre più facile per le gocce di pioggia successive raggiungere il suolo. Questo processo domina nelle nuvole calde.
Processo Bergeron-Findeisen
In realtà, però, spesso nelle nuvole fa abbastanza freddo da permettere la presenza di cristalli di ghiaccio accanto a gocce d'acqua superfreddate – le cosiddette nuvole miste. La pressione di vapore di saturazione sopra il ghiaccio è più bassa di quella sopra l'acqua, quindi i cristalli di ghiaccio crescono a spese delle goccioline (che evaporano e il vapore acqueo si deposita successivamente come ghiaccio sul reticolo cristallino). Se i cristalli di ghiaccio diventano abbastanza grandi, iniziano anche a cadere. Se fa abbastanza freddo, si combinano con altri cristalli per formare fiocchi di neve più grandi. Altrimenti si sciolgono e diventano gocce di pioggia. Se le correnti ascensionali nella nube sono abbastanza forti (come in una nube di tuono), trasportano le gocce e i fiocchi di neve di nuovo verso l'alto, dove si fondono con altri cristalli di ghiaccio per formare grani – e si forma la grandine. Questa alternanza di caduta, fusione e risalita può ripetersi innumerevoli volte. I chicchi di grandine crescono di dimensioni e, come una cipolla, continuano a formarsi nuovi gusci. I chicchi di grandine che si scongelano formano le tipiche gocce di grandi dimensioni in un nubifragio.
Dimensioni e forma
C'è un'ampia gamma di dimensioni, da molto piccole a grandi. Una tipica goccia di pioggia ha un diametro compreso tra 0,5 e 1 mm. L'esempio è la tipica pioggia terrestre, uniforme e di lunga durata. La velocità di caduta è quindi dell'ordine di circa 3 m/s. Se il diametro della goccia è più piccolo, è più probabile che si tratti di pioggerella con una velocità di caduta inferiore. In un acquazzone o in un nubifragio, le gocce possono raggiungere diametri di diversi millimetri, ma il limite superiore è di circa 6-8 mm. Le gocce non possono diventare più grandi, perché il peso maggiore aumenta anche la velocità di caduta. Le gocce piccole sono quasi rotonde a causa della tensione superficiale dell'acqua (come una sorta di pelle di gomma). Tuttavia, quando le gocce diventano più grandi e cadono più velocemente, aumentano anche le forze dell'aria in entrata. La goccia si deforma sempre di più, diventa più piatta e infine assume una sorta di forma di paracadute. Una volta raggiunta una certa dimensione, si divide in gocce più piccole. Se il percorso ulteriore verso il basso è ancora abbastanza lungo, anche queste possono crescere di nuovo attraverso la coalescenza.
Fig. 2: Illustrazione della forma mutevole di una goccia di pioggia di dimensioni diverse; Fonte: Deutscher Wetterdienst DWD
Non tutta la pioggia è uguale
La pioggia è per definizione liquida, almeno nel momento in cui tocca la superficie terrestre. Tuttavia, i processi che portano alla pioggia possono essere molto diversi. La pioggia viene anche classificata in base alla durata, all'intensità e alla presenza regionale.
- Pioggia inclinata: In questo caso, l'aria umida viene arginata contro un ostacolo (come una catena montuosa) o costretta a salire.
- Pioggia da convezione: un esempio tipico sono i rovesci di pioggia o i temporali. Sono altamente disomogenei in termini di regione e intensità.
- Pioggia frontale: pioggia che si forma lungo i confini delle masse d'aria in movimento (fronticaldi e freddi e occlusioni).
Misurazione della pioggia
La pioggia viene misurata con un ombrometro. Questo registra l'altezza della pioggia che si raccoglie in un contenitore opportunamente progettato. L'altezza della pioggia è equivalente 1:1 alla quantità di pioggia, per cui l'altezza della pioggia è indicata in millimetri e la quantità di pioggia in litri per metro quadrato. Se si versa un litro d'acqua in un contenitore con una superficie di un metro quadrato, l'altezza sarà di un millimetro.
Fig. 3: Misuratore di precipitazioni con parabrezza; Fonte: Wikipedia
Petrichor
In determinate circostanze, la pioggia ha anche un odore tipico chiamato petrichor. Clicchi sul link per leggere l'articolo corrispondente.
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