Con la testa tra le nuvole

Vi ricordate quando vi ho parlato del protocollo sulle nuvole del programma di citizen science GLOBE OBSERVER? Ebbene… è arrivato il momento. Domani comincio.

Un libro fantastico a tal scopo  è “Cloudspotting” di Gavin Pretor-Pinney, Le Fenici (Guanda), 2006. Ve lo consiglio assolutamente!

Questo libro è un condensato di meteorologia, racconti mitologici, arte e storie meravigliose da raccontare. Lo cominci a sfogliare e non lo chiudi più. L’autore nella sua introduzione racconta di aver fondato, nel 2004, un’associazione “The Cloud Appreciation Society” (Società per l’apprezzamento delle nuvole) aprendo anche un sito internet in cui ha cominciato a pubblicare le fotografie inviate da quelli che sono poi diventati membri dell’ associazione affinché gli altri soci avessero modo di ammirarle. Le cose si sono velocemente “ingrandite” tanto che ora l’associazione conta oltre 29000 inscritti (me compresa)!

Le nuvole sono costituite da miliardi di piccolissime gocce d’acqua sospese nell’atmosfera (principalmente in troposfera). Si formano dal raffreddamento di masse di aria umida che salgono in quota e dalla conseguente condensazione del vapore acqueo. In questo caso, la condensazione del vapore acqueo avviene non per uno scambio di calore con l’ambiente circostante ma per una variazione di pressione (trasformazione adiabatica): quando una massa d’aria si espande, le molecole occupano un volume maggiore, compiono un lavoro sull’ambiente e perdono energia: di conseguenza il gas si raffredda e il vapore in eccesso condensa.

Come mai nelle nuvole l’acqua ha un aspetto così diverso dal liquido che siamo abituati a vedere sulla Terra?

L’aspetto bianco e opaco delle nubi dipende dal fatto che l’acqua è distribuita in un’enorme quantità di goccioline (circa 10 milioni per metro cubo) e ciascuna goccia ha un diametro di appena qualche millesimo di millimetro (circa 10 μ). Tutte queste microsuperfici che si formano riflettono la luce in tutte le direzioni dando alla nuvola l’aspetto lattiginoso.

L’altezza delle nubi

Una convenzione internazionale ha stabilito di suddividere verticalmente in tre regioni la parte dell’atmosfera in cui le nubi si presentano abitualmente:

– regione superiore, che va dai 5 ai 13 km;

– regione media, che va dai 2 a 7 km;

– regione inferiore, che va dagli strati vicini al suolo a 2 km.

Le nubi vengono quindi suddivise in nubi alte, nubi medie e nubi basse a seconda che occupino quote dell’alta (di solito sopra i 6 km), media (2-7 km) o bassa (0-2 km) troposfera. Naturalmente questa suddivisione è diversa a seconda della latitudine quindi questi valori cambiano se ci si trova ai poli o nelle regioni tropicali.

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Di solito alle medie latitudini, le nubi alte sono costituite solo da aghi di ghiaccio e quelle basse da goccioline liquide. Le nubi medie, invece, a seconda della quota e della latitudine, possono presentare l’uno o l’altro aspetto o una coesistenza delle due fasi.

Classificare le nubi

Le nuvole vengono classificate come gli esseri viventi, ossia con un sistema linneiano che si basa sul latino. I criteri di classificazione si fondano sull’altitudine e sulla forma (rapporto caratteristico tra dimensioni orizzontali ed estensione verticale).

La maggior parte delle nuvole rientra in uno dei 10 gruppi principali che vengono chiamati “generi”. All’interno di ciascun genere, si può individuare anche una possibile “specie” come pure una qualsiasi combinazione tra le diverse “varietà”. Esistono anche nubi accessorie e particolarità supplementari che a volte si presentano in concomitanza con i tipi fondamentali.

Insomma, se avete pensato che classificare le nubi fosse un gioco da ragazzi vi siete assolutamente sbagliati! C’è da farsi girare la testa!

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Le nubi basse

Tra le nuvole “basse” troviamo: cumuli, cumulonembi (che in realtà si estendono su tutti e tre i livelli), gli strati e gli stratocumuli.

I cumuli sono nuvole basse e rigonfie, ben distinte le une dalle altre, che si sviluppano in verticale assumendo la forma di piccole colline, cupole o torri, generalmente a partire da una base piuttosto piatta. La parte superiore ricorda le infiorescenze dei cavolfiori; dal punto di vista cromatico queste nubi hanno un colore bianco brillante quando riflettono i raggi del Sole alto nel cielo, ma possono apparire scure se il Sole si trova, invece, dietro di esse. Queste nubi tendono a disporsi in modo irregolare. Sono considerate “nubi del bel tempo” perché solitamente non producono alcun tipo di precipitazione, anche non bisogna dimenticare che in determinate condizioni qualsiasi nuvola può diventare portatrice di pioggia.

Tuttavia, una specie di cumulo, il Cumulus congestus, non è affatto una nuvola del bel tempo, è in grado di scatenare rovesci moderati o intensi e può diventare un enorme cumulonembo temporalesco, anche se ciò è poco comune nei climi temperati. Il consiglio di Gavin Pretor-Pinney è però questo: quando vedete dei cumuli evolversi nella specie congestus prima di mezzogiorno, preparatevi all’elevata probabilità di un forte acquazzone pomeridiano. Non dimenticate, contemplatori di nuvole “al mattino montagne, alla sera fontane”.

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I cumuli si formano a causa dei moti convettivi dell’aria. Quando il Sole splende e riscalda il terreno, si creano delle correnti termiche, chiamate correnti convettive, che salgono verso l’alto (provocando le turbolenze lievi che si possono sperimentare quando si attraversa un cumulo a bordo di un aereo). Queste correnti termiche portano verso l’alto l’umidità e poi consentono alle goccioline d’acqua di rimanere sospese nell’aria durante i dieci minuti che costituiscono la durata media di un cumulo.

I cumuli sono nuvole isolate. Questo si verifica perché certe superfici assorbono e irradiano meglio di altre il calore solare e quindi, a seconda dei luoghi, le masse d’aria subiscono gli effetti della convezione in misura maggiore o minore: ad esempio un parcheggio di asfalto riscalda l’atmosfera con più efficienza di un prato.

Gli abitanti dei mari del Sud usano la presenza di queste nubi come una sorta di faro per identificare la presenza della terraferma (in particolare di piccole isole) e dirigono l’imbarcazione verso un atollo molto prima di averlo avvistato. Questo perché, in una giornata di bel tempo la terra assorbe il calore del Sole con maggiore rapidità del mare e spesso si formano cumuli bianchi e soffici sopra le isole.

I cumulonembi sono, invece, cumuli a forte sviluppo verticale: sono le uniche nuvole in grado di svilupparsi attraverso tutti e tre gli strati troposferici, fino alla tropopausa. A queste nubi sono associate precipitazioni a carattere di rovescio (pioggia, neve e grandine) e manifestazioni temporalesche, e sono le uniche nuvole in grado di produrre scariche elettriche.

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Queste nubi sono una seria minaccia per chi viaggia in aereo. La grandine può avere dimensioni tali da danneggiare la fusoliera e i fulmini possono mettere fuori uso l’impianto elettrico e le terrificanti turbolenze nel suo corpo centrale sono in grado di capovolgere un aereo come se fosse una frittata. Per questo motivo i piloti si tengono decisamente alla larga da queste nuvole e se non hanno modo di aggirarle e l’aereo è in grado di volare a grandi altezze risolvono il problema passandoci sopra.

Nel suo libro, Gavin Pretor-Pinney racconta la storia sorprendente del tenente colonnello William Rankin, pilota dell’aeronautica statunitense che nell’estate del 1956 si trovava alla cloche di un caccia a reazione in avaria nel bel mezzo di un cumulonembo e fu costretto a catapultarsi fuori dalla cabina. Rankin è l’unico superstite a una caduta attraverso un cumulonembo sopravvissuto ad un temperatura che sfiorava i -50°C e alla decompressione “esplosiva” innescata dalla quota di quasi 15000 metri!

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Nonostante tutto Rankin, grazie al suo paracadute, riuscì ad atterrare in un bosco di pini. Non avendo riportato fratture riuscì poi a incamminarsi per chiedere aiuto. Quando in seguito fu visitato in ospedale, i medici gli riscontrarono decolorazioni dovute al congelamento in varie parti del corpo e vesciche e lividi provocati dai chicchi di grandine. Il petto mostrava inoltre le tracce lasciate dalle cuciture del giubbotto a causa del gonfiore provocato dalla drastica decompressione subita e il fatto che fosse riuscito a sopravvivere in tali condizioni lasciò medici e paziente stupefatti!

Gli strati sono, invece, le più basse tra tutte le nubi. La loro base può, a volte, raggiungere il suolo (in questo caso sono definite nebbie o foschie). Di solito si trovano ad altezze comprese tra la superficie terrestre e i 2 km.

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Sono nubi di colore grigio, dai confini molto indistinti. Il nome deriva dal latino stratus, participio passato del verbo sternere, che significa spargere, diffondere, coprire con uno strato. In effetti queste nuvole formano un tappeto uniforme, in grado di nascondere il Sole, che può estendersi in orizzontale per diversi chilometri, simile a una nebbia sospesa in quota.

Son composte fondamentalmente da goccioline d’acqua e quindi possono dar luogo a pioggerelle o deboli nevicate.

Gli stratocumuli sono nuvole basse, stratiformi o a banchi, dalle basi ben definite. Di solito sono costituiti da ciuffi e protuberanze, mostrano spesso forti variazioni di tono, dal bianco brillante al grigio scuro e compaiono per lo più a quote comprese tra i 600 e i 2000 metri. Possono presentarsi come una formazione ininterrotta (soprattutto in inverno ricoprono quasi interamente il cielo) o discontinua. Gli stratocumuli possono essere considerati una via di mezzo tra i cumuli, nuvole isolate e libere di vagare, e le coltri informi degli strati.

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A causa della molteplicità di varianti di stratocumuli in continua trasformazione, l’autore paragona queste nuvole alla cantante pop Cher al culmine delle metamorfosi che caratterizzano i suoi spettacoli, quando è sempre sul punto di sparire dietro le quinte per risalire sul palcoscenico avvolta in un costume ancora più fantastico del precedente. Anche gli “abiti di scena” di uno stratocumulo offrono una vasta gamma di scelte. Una delle più spettacolari ha l’aspetto di una “nube a rullo”. L’autore racconta di aver persino attraversato mezzo mondo in aereo solo per vedere una formazione chiamata “Morning Glory” che compare a settembre/ottobre sopra le regioni settentrionali del Queensland, in Australia!

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Le nubi medie

Gli altocumuli vengono descritte come strati di pagnottine che velano il cielo. Queste nubi sono strati o banchi che compaiono nelle regioni intermedie della troposfera e assumono la forma di ammassi arrotondati, rulli o mandorle lenticolari. Dal punto di vista cromatico sono bianchi o grigi e presentano ombre scure sul lato più lontano dal Sole. Sono composti per lo più da goccioline d’acqua, ma possono contenere anche cristalli di ghiaccio. Molto di rado producono lievi piogge.

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Il 27 luglio 1907, nella piccola città norvegese di Drobak qualcuno fece una fotografia al panorama del fiordo di Oslo. L’immagine in bianco nero mostra un paio di pontili in primo piano e alcuni clipper ancorati alla fonda. Si vede anche una specie di disco scuro nel cielo sopra i velieri. Sessant’anni dopo, l’istantanea venne pubblicata dalla “Domenica del Corriere” e la rivista la spacciò per una delle più antiche testimonianze di un UFO. Nella didascalia della foto si poteva leggere: “A tutt’oggi il fenomeno rimane un mistero”.

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Ebbene, mistero svelato: si trattava di una particolare specie di altocumulo chiamato lenticularis. Anche se nella foto non si vede un granché, solo una forma appiattita, l’indizio principale che permette di determinare la vera natura della presunta navicella spaziale è la collina davanti alla quale aleggia. Se è vero che gli altocumuli appaiono di solito come uno strato o un banco di nuvolette separate da distanza più o meno regolari la specie lenticularis ha caratteristiche abbastanza diverse dagli altocumuli tipici e ha molti tratti in comune con la sua omologa dei più bassi stratocumuli.

In entrambi i casi, sono chiamate nubi orografiche per via del fatto che si formano quando una massa d’aria viene spinta con forza verso l’alto per superare l’ostacolo di una altura o di una montagna che si trovano sul suo cammino.

Continuando la nostra carrellata, troviamo gli altostrati, strati di medio livello, altrimenti dette “nubi noiose”. Questi sono strati di nubi medie di colore grigio che assomigliano a una specie di velo fibroso e uniforme. Si estendono per parecchie migliaia di chilometri quadrati. sono composte per lo più da goccioline d’acqua e cristalli di ghiaccio e spesso sono abbastanza sottili da rivelare la posizione del Sole che vi traspare come se risplendesse dietro un vetro smerigliato. Gli altostrati possono formare intorno al Sole o alla Luna una corona (ossia un disco luminoso) bianca o anche colorata, nel caso siano molto rarefatti.

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Il momento più magico per osservare gli altostrati è l’alba o il tramonto. Lo scrittore americano Henry David Thoreau era un appassionato di nuvole. I suoi diari sono disseminati di celebrazioni del cielo:

“Quelle nuvolette, la retroguardia del giorno, ormai completamente buie, furono nuovamente illuminate, per un istante, da un riflesso di un giallo smorto e poi nuovamente spente, ed ecco il rossore della sera farsi più intenso finché di esso si tinge tutto l’orizzonte ad ovest e a nord-ovest, come se in quei punti il cielo fosse stato tinto di uno speciale colore indiano, una tinta permanente, come se l’Artista dell’universo avesse mischiato tutti i suoi rossi sul bordo del piattino capovolto del cielo… Come se le gocce di alcune bacche fossero state strofinate sull’orlo del cielo.”

(H.D.Thoreau, Journal, 20 luglio 1852)

I nembostrati sono le coltri spesse e grigie da cui piove, piove, piove. Queste nubi sono strati densi, grigi e privi di caratteristiche salienti, che danno luogo a precipitazioni prolungate, continue e spesso intense di pioggia, neve o nevischio. Per via delle precipitazioni stesse, tendono a presentare basi molto indistinte. Sono le più spesse tra le nubi stratificate e in generale coprono il cielo per parecchie migliaia di chilometri quadrati. come accade ad ogni nuvola piovosa, nell’aria umida sotto la formazione può addensarsi uno Stratus fractus, noto anche con il nome di pannus, che ha l’aspetto di brandelli nuvolosi, di colore più scuro rispetto alla parte inferiore del nembostrato. Quando questi brandelli si uniscono, tendono ad abbassare ulteriormente la base della nube. I nembostrati hanno sempre uno sviluppo verticale sufficiente a nascondere completamente il Sole o la Luna.

Le nubi alte

Tra i dieci tipi principali di nuvole, i cirri sono quelle più alte (si formano tra i 5 e i 13 chilometri). Hanno forma di scie bianche e delicate e consistono di agglomerati o fasce di cristalli di ghiaccio. Si presentano separati gli uni dagli altri e mostrano un aspetto serico o fibroso. Di rado raggiungono uno spessore notevole. Appaiono spesso insieme ad altre nuvole d’alta quota, i cirrostrati e i cirrocumuli, e come queste ultime, possono creare aloni intono al Sole o alla Luna. Di giorno, essendo i primi a essere illuminati dal Sole, si riconoscono facilmente perché più bianchi di qualunque altra nube. Possono presentarsi con le estremità a uncino, a ciuffi isolati o in banchi. Se hanno la forma ad uncino significa che si trovano nell’alta troposfera dove i venti soffiano con violenza. Spesso sono disposti a bande e, per effetto di prospettiva, convergono verso uno o due punti dell’orizzonte.

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I cirrocumuli sono banchi o strati di alta quota, detti anche “cielo a pecorelle”, composti da minuscole nuvolette simili a granelli bianchi. Non hanno nessuna ombreggiatura, nemmeno sul lato più lontano dal Sole. I singoli elementi sono in genere separati da distanze regolari e assumono spesso l’aspetto di una serie di increspature: in questo caso si è in presenza della varietà indicata dall’aggettivo undulatus.

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A volte possono essere confusi con gli altocumuli, ma basta sapere che la larghezza apparente dei cirrocumuli è inferiore e di circa 1 grado, ossia pari alla larghezza del dito mignolo a braccio teso. Queste nubi sono l’ultimo stadio che annuncia l’arrivo di un fronte caldo e, a differenza dei cirri e dei cirrostrati, indicano che il peggioramento è imminente (cielo a pecorelle, acqua a catinelle).

I cirrostrati si trovano alla stessa altezza dei cirrocumuli e formano uno strato bianco e sottile simile a un velo che spesso copre l’intero cielo e gli conferisce un aspetto lattiginoso. Spesso sono così sottili da non essere neppure avvertiti. Sono costituiti essenzialmente da cristalli di ghiaccio e presentano una densità e un’estensione nettamente più alta dei cirri. A volte creano il fenomeno degli aloni: anelli luminosi bianchi o colorati, chiazze o archi di luce intorno al Sole o alla Luna.

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Questo è solo un lungo assaggio di ciò che potete trovare in questo meraviglioso libro: scienza, arte, poesia, storie incredibili. Ci sono mille spunti per lezioni favolose e tante “dritte” per apprezzare lo spettacolo meraviglioso che il cielo ci offre ogni giorno.

Ma per finire…che ne dite di un bell’esperimento per creare una nube in bottiglia?

 

Per saperne di più:

Laboratorio: una nube in bottiglia

Atlante delle nubi

– NASA/ NOAA cloud chart

GLOBE OBSERVER

 

 

 

 

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