LA PIOGGIA: Il ciclo dell’acqua

Pubblicato: 3 novembre 2010 in Meteorologia

La Pioggia – Il ciclo dell’acqua

La pioggia è la forma più comune di precipitazione atmosferica e si forma quando gocce separate di acqua cadono al suolo da delle nuvole. Una parte della pioggia che cade dalle nuvole non riesce a raggiungere la superficie ed evapora nell’aria mentre cade, specialmente se attraversa aria secca.  La pioggia gioca un ruolo importantissimo nel ciclo dell’acqua, nel quale il liquido che evapora dagli oceani si condensa nelle nuvole e cade di nuovo a terra, poi ritorna negli oceani con le correnti e i fiumi per ripetere di nuovo il ciclo. L’ammontare della pioggia caduta si misura in millimetri: una precipitazione di 1 mm equivale a dire che su una qualunque superficie si è depositata una quantità di acqua uniformemente alta 1 mm. La misura è indipendente dalla grandezza della superficie considerata. L’odore caratteristico che accompagna talvolta la pioggia è quello dell’ozono (simile a quello di uova guasta). Infatti, quando l’ossigeno atmosferico viene percorso da scariche elettriche (in questo caso i fulmini), perde l’originale struttura biatomica per assumere quella triatomica, l’ozono appunto. L’odore che segue una pioggia dopo un periodo di siccità viene detto “petricor”.

Una nube è formata da miliardi di goccioline d’acqua, ciascuna delle quali è a sua volta formata da circa 550 miliardi di molecole d’acqua. Queste goccioline sono il risultato dell’evaporazione dell’acqua da oceani, mari, corsi d’acqua dolce, vegetazione e suolo. Il vapore acqueo viene quindi portato verso l’alto da correnti ascendenti; salendo, l’aria si raffredda e raggiunge la saturazione. Tuttavia questo non è sufficiente per provocare la condensazione del vapore, dato che la goccia d’acqua formatasi tende a sua volta ad evaporare. In condizioni normali non si potrebbe avere la condensazione del vapore e quindi la formazione di nubi, neanche in presenza di sovrasaturazioni del 500%. Fortunatamente, nell’aria sono presenti particelle di pulviscolo e cristalli di ghiaccio che agiscono come “nuclei igroscopici” o “di condensazione” (di dimensioni comprese tra 0,1 e 4 µm) che promuovono e agevolano la trasformazione di stato delle particelle di vapore .

Le precipitazioni e quindi la pioggia possono avvenire però solo quando la forza peso risulterà maggiore della resistenza offerta dal moto ascendente che ha portato alla formazione della nube stessa e che tende a mantenere le goccioline in sospensione. Occorrono centinaia di milioni di goccioline di nube per formare una goccia di pioggia del diametro compreso tra 200 µm e qualche millimetro. I due principali meccanismi di formazione sono l’accrescimento per coalescenza e il processo Bergeron-Findeisen. Questo fenomeno accade nelle cosiddette nubi calde con temperatura superiore a 0 °C. Le goccioline di nube più grandi, spinte verso l’alto dalle correnti ascendenti, collidono con le goccioline più piccole e in seguito a ciò, aumentano di dimensioni. Una volta raggiunto il diametro di 200 µm, le correnti ascensionali non sono più in grado di mantenerle in sospensione e quindi cominciano a cadere, ingrandendosi ulteriormente. Il processo è particolarmente efficace nel caso di moti turbolenti.

Processo Bergeron-Findeisen

Nelle cosiddette nubi fredde, immerse nell’atmosfera a temperature inferiori a 0 °C, il processo avviene a causa dei nuclei glaciogeni che attraggono su sé stessi le goccioline di vapore, formando microcristalli di ghiaccio. Questi s’ingrandiscono attirando le molecole di vapore, che perdono così più molecole per l’evaporazione di quante non ne perdano i microcristalli di ghiaccio. Questo è dovuta al differente valore della tensione di vapore del ghiaccio o dell’acqua liquida. Con questo processo si producono cristalli di ghiaccio di qualche centinaio di micrometri, che risultano grandi abbastanza per cadere dalla nuvola. Durante la caduta questi cristalli possono ingrandirsi ancora per coalescenza, sia urtando gocce e goccioline sopraffuse, sia scontrandosi con altri cristalli. Una volta usciti dalla nube, se la temperatura rimane negativa o poco superiore allo zero cadono come cristalli di neve, altrimenti si trasformano in gocce di pioggia.

Le gocce di pioggia sono spesso descritte e raffigurate come a “forma di lacrima“, tonde sul fondo e più strette verso la cima, ma questo è scorretto (solo le gocce d’acqua che gocciolano da qualche sorgente sono a forma di lacrima al momento che si formano). Le gocce di pioggia piccole sono quasi sferiche. Le gocce più grandi sono molto appiattite a forma di panino, quelle più grandi ancora sono a forma di paracadute. Le gocce di pioggia che risultano dallo scioglimento poco tempo prima di un fiocco di neve sono grandi e formano una rosellina di gocce più piccole quando arrivano al suolo. In media le gocce sono 1-2 mm di diametro, le più grosse sono state registrate in Brasile e nelle Isole Marshall nel 2004 con più di 1 cm di diametro. Questa grandezza è stata spiegata con la condensazione di grandi particelle di fumo o di collisione tra gocce in zone relativamente piccole con un contenuto d’acqua particolarmente notevole.

Generalmente la pioggia ha un pH leggermente inferiore a 6, cioè debolmente acido a causa dell’assorbimento di anidride carbonica dall’atmosfera, che a contatto con l’acqua delle goccioline dà luogo alla formazione di quantità minime di acido carbonico. In alcune aree desertiche, il pulviscolo atmosferico contiene tanto bicarbonato di calcio da bilanciare la naturale acidità della precipitazione e quindi la pioggia può essere neutra o addirittura alcalina. La pioggia con un pH inferiore a 5,6 è considerata pioggia acida.

Quantità totale 

La pioggia caduta viene misurata in millimetri dai pluviometri in un arco di tempo specificato. Alla misura di x millimetri di pioggia corrisponde la caduta di per litri d’acqua piovana, ovvero x decimetri cubi, su una superficie di 1 metro quadro.

A seconda dell’intensità della precipitazione la pioggia viene distinta in:

1) Pioviggine (<1 mm ogni ora)

2) Pioggia debole (1-2 mm/h)

3) Pioggia moderata (2-6 mm/h)

4) Pioggia forte (>6 mm/h)

5) Rovescio (>10 mm/h ma limitato nella durata)

6) Nubifragio (>30 mm/h)

A maggiore intensità del fenomeno è legato anche un maggiore diametro delle gocce di pioggia e una velocità di impatto al suolo più elevata, dovuta al fatto che le correnti ascensionali non sono in grado di rallentarne la caduta.

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