Comunemente si parla di nubi per quanto riguarda masse visibili sopra lasuperficie terrestre, ma ugualmente si formano nubi anche su altricorpi planetari osatelliti. 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 dinubi interstellari. Le nubi sono rappresentative, e sono a loro volta causa, di complessifenomeni meteorologici, quali lapioggia, laneve e lagrandine. Per analogia di forma il termine è stato esteso anche a esalazioni difumo nell'atmosfera o accumuli che possono essere dipolvere,sabbia oinsetti. Dal punto di vista dellatermodinamica le nubi rappresentano l'aspetto visivo di fenomeni che avvengono all'interno di un fluido gassoso noto comeatmosfera; le grandezze in gioco sono:temperatura,umidità,pressione.
L'aspetto di una nube è determinato dalla natura, grandezza, numero, distribuzione nello spazio delle particelle e materiale che la costituiscono; dipende anche dall'intensità e dal colore della luce ricevuta dalla nuvola e dalla posizione relativa dell'osservatore e della sorgente di luce.[1]
Luminanza è un termine tecnico adottato per l'uso infotometria e indica il quoziente dell'intensità 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 è determinata dalla luce riflessa, diffusa e trasmessa dalle sue particelle costituenti. La luminanza può essere modificata da unacaligine che s'interpone tra la nube stessa e l'osservatore, nonché da fenomeni ottici comealoni,corone,glorie ecc.Solitamente la luminanza delle nubi, durante il giorno, consente di poterle osservare in modo chiaro, mentre durante lanotte è possibile osservarle solo quando laLuna è illuminata per più di un quarto.
Le nuvole che si formano sullaTerra sono generate dalvapore acqueo che, condensandosi, forma piccole goccioline ocristalli di ghiaccio, solitamente di 0,01mm didiametro. Quando si formano agglomerati di miliardi di queste goccioline, appare visibile la nuvola, di un tipico colore bianco dovuto all'elevata capacità diriflessione dellaluce (fra il 60% e il 85%) sulla superficie di queste goccioline.
A causa dell'elevatadispersione della luce nelle goccioline che compongono la nube, essa può apparire anche grigia o a volte blu scura, quasi nera. Maggiore sarà la densità della nube e maggiore il suo spessore, più scura essa apparirà. Questo è il motivo per cui una nube temporalesca, generalmente uncumulonembo, appare molto scura alla base.
All'alba ed altramonto, le nuvole possono assumere un colore simile a quello del cielo, soprattuttoarancione erosa. Attorno alla lunghezza d'onda dell'infrarosso, le nuvole apparirebbero più scure perché l'acqua che le costituisce assorbirebbe fortemente la luce solare a questa lunghezza d'onda.
NelXIX secolo esisteva un metodo di classificazione più complesso e articolato dell'attuale, che prevedeva nomi latini per le nubi e che sta alla base di quello odierno. Questo sistema è stato approntato daLuke Howard, farmacista e chimicoquacchero, allora trentenne (1803, Conferenza Askesiana di Londra).[2]
Nella loro pressoché infinita varietà (di forme, trasparenza, altezza, ecc.) si possono individuare quattro tipi fondamentali di nubi, i cui nomi sono poi usati per una classificazione più precisa:
icirri, che appaiono come filamenti lunghi e bianchi; sono costituiti da cristalli di ghiaccio che li rendono traslucidi, e grazie alla loro disposizione si può sapere la direzione del vento in quota. Aggettivocirriforme.[3]
icumuli (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 unacorrente ascensionale; aggettivocumuliforme.
glistrati, spesso di estensioni notevoli e di forma piatta;[4] aggettivostratiforme.
i nembi, la cui base appare grigia scura e che sono portatori di pioggia. Aggettivonembiforme.[5]
L'agenzia americanaNASA, 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 comecumulonembiforme 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 lorobase dal suolo inquattro gruppi edieci 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 più fredde, composte essenzialmente da cristalli di ghiaccio che le rendono traslucide; dalla loro disposizione si può sapere la direzione delvento in quota (perpendicolarmente alle strisce, verso la direzione delle gobbe); sono caratterizzate del prefisso "cirro-".
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 umidità elevata e con venti deboli
Altostrati (As) - stratiforme, sono nubi che si trovano presso i poli e provocano nevicate[4]
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 dinebbia. Sono caratterizzate dal prefisso e suffisso "strato-".
Formazioni nuvolose verticali. Sono le nubi più turbolente e sovrastano lecorrenti ascensionali. Nelle loro forme più grandi (cumulonembi), possono raggiungere dimensioni enormi, coprendo intere regioni e portando violenteprecipitazioni e temporali. Questi tipi di nubi non sono classificati insieme agli altri per altezza perché hanno appunto un grande sviluppo verticale.
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 è elevato). I cumulonembi si sviluppano quando un cumulo, continuamente alimentato da una corrente ascensionale, cresce in verticale. Un cumulonembo può 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 dellatroposfera: si tratta dellenubi madreperlacee e dellenubi nottilucenti. Le prime si formano nellastratosfera ad altezze comprese tra 15 e 25 km, esclusivamente nelle regioni polari; le seconde nellamesosfera a un'altezza di circa 85 km, solitamente a una latitudine compresa tra 50° e 60° sia a nord che a sud dell'Equatore.
A causa dell'irraggiamento solare la temperatura della superficie terrestre aumenta. Perconduzione termica il suolo caldo scalda anche l'aria a contatto con esso. Poiché l'aria calda è più leggera di quella circostante relativamente fredda, essa si solleva generando unacorrente ascensionale e portando con sé l'umidità contenuta.
Salendo, l'aria si raffreddaadiabaticamente, raggiungendo ilpunto 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 è particolarmente bassa, queste si trasformano in microscopici cristalli di ghiaccio.
Nel dettaglio, ciò avviene per i seguenti motivi:
L'aria viene raffreddata al di sotto del suo punto di saturazione. Ciò avviene quando l'aria arriva a contatto con una superficie fredda, o viene raffreddata adiabaticamente, quando cioè l'aria, muovendosi verso l'alto, si raffredda. Ciò può avvenire nei seguenti casi:
Lungo unfronte meteorologico, caldo o freddo. In questo caso l'aria fredda, più densa, scorre sotto l'aria calda, con la conseguente formazione di ammassi nuvolosi.
Quando l'aria soffia lungo il versante di unamontagna e si raffredda progressivamente mentre sale verso gli strati più alti dell'atmosfera.
Per convezione, quando una massa d'aria calda si solleva a causa del riscaldamento. Il riscaldamento è di solito dovuto all'irraggiamento solare, ma può essere anche causato da incendi.
Quando l'aria calda giunge in contatto con una superficie più 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'è aria fredda, le scie degli aerei o il "fumo di mare" dell'Artide.
L'acqua in una nuvola tipica può avere unamassa fino a parecchi milioni ditonnellate. Comunque, ilvolume di una nuvola è anch'esso molto grande e ladensità dell'aria relativamente calda che trattiene le goccioline d'acqua è più bassa di quelle sottostante, per cui l'aria scorre al di sotto di essa ed è 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 dipulviscolo agisce danucleo di condensazione; quando si ha una condizione disupersaturazione 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 è descritto matematicamente dall'equazione di Mason.
Le goccioline possono formareprecipitazioni solo quando diventano sufficientemente grandi e pesanti da cadere giù dalla nuvola. Questo può avvenire in due modi. Il principale, responsabile della maggior quantità delle precipitazioni alle medie latitudini, si chiamaprocesso Bergeron-Findelsen, nel quale le goccioline d'acquasopraffuse e cristalli dighiaccio 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 sommità con unatemperatura inferiore a −15 °C (258,15K). Il secondo processo, detto dicoalescenza, più comune nelle zonetropicali, avviene in nubi più calde ed è prodotto dalla collisione delle goccioline d'acqua più grandi con goccioline più piccole che vengono così inglobate. Il processo risulta efficace soprattutto quando la nuvola ha un'elevata densità.
Finché le correnti d'aria nella nuvola e quelle che scorrono sotto riescono a mantenere in sospensione le goccioline, esse continueranno a ingrandirsi; raggiunta la sommità della nuvola, dove le correnti ascendenti divergono, le goccioline ricadono verso il basso a causa della forza digravità 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 più sostenerle e, quindi, possono solo cadere: se la nuvola è molto alta e il numero di goccioline urtate è elevato, le gocce possono raggiungere un diametro di 0,5–2 mm o anche di più e allora cadono direttamente comepioggia.
In aggiunta a essere un termine colloquiale usato per descrivere ilghiaccio secco, l'espressione "ghiaccio bollente" è 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 divolt al metro.[6] L'effetto di questocampo elettrico è stato suggerito come un'ipotesi per la formazione delle nuvole, generando tuttavia non poche controversie e per questo tale ipotesi non è largamente accettata.
Le nubi coprono circa la metà della superficie atmosferica e quindi hanno un rilevante effetto sulbilancio 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 è noto ed è oggetto di studio della nascente "climatologia delle nubi". Teorie alternative non ancora dimostrate che cercano di spiegare ilriscaldamento globale attuale senza ricorrere al forzante deigas serra considerano le nubi attraverso meccanismi quali l'effetto iris e l'influenza deiraggi cosmici.
^ab World Meteorological Organization (a cura di),International Cloud Atlas Volume 1, Ginevra, Secretariat of the World Meteorological Organization, 1975.
^(EN) Louise Spilsbury,Scopri il tempo la forza della natura, traduzione di Caterina Caravaggi, 2008, p. 19,ISBN978-88-7906-529-0.
