Fiocchi di neve: il viaggio straordinario dalla loro formazione alla nevicata. Sono mai esistiti due fiocchi uguali?

La neve è detta anche Dama Bianca, per il suo candore e la sua bellezza. I fiocchi di una nevicata che scendono dalle nuvole si muovono come in una danza magica, e non a caso hanno ispirato tante canzoni e tanti film e scatenano passioni e manie come il lampionismo.

Dietro alla forma dei fiocchi c’è una microfisica che ha dello straordinario. Non bastano nuvole, freddo e ghiaccio per formare i fiocchi ma servono precisi ingredienti nella giusta dose. La caduta del fiocco è un vero e proprio lungo viaggio, e la sua forma può assumere molteplici figure geometriche molto complesse.

Gli ingredienti base del “Gelato Fiocco di Neve”

Potremmo paragonare la formazione della neve alla ricetta di un dolce. Certo, è una semplificazione, ma aiuta a capire in modo semplice un fenomeno complesso.

Gli ingredienti base sono l’atmosfera terrestre, acqua presente nelle tre fasi: solida (ghiaccio), liquida (goccioline d’acqua) e gassosa (vapor acqueo). Servono però anche altre sostanze che fungono, tecnicamente, da nucleo di condensazione: polvere (in particolare argilla) e sale marino.

Serve un freezer per congelare il tutto (aria fredda in pratica) ma anche una modesta ma giusta quantità di aria più calda. Guai se è troppa, si passerebbe da neve a gelicidio o pioggia in un baleno.

In pratica, tornando alla realtà, il vapore congela sui nuclei di condensazione ed inizia il processo straordinario che porterà alla nascita di un fiocco di neve.

Una volta che il nucleo di condensazione ha attirato abbastanza molecole d'acqua, inizia la fase cruciale di cristallizzazione attraverso il processo di sublimazione ovvero il vapore diventa direttamente "embrioni" aghi di giaccio.

Questa fase è cruciale, poiché determina la simmetria e la forma unica di ogni cristallo.

La forma dei fiocchi di neve

La crescita e forma del fiocco di neve dipende strettamente dalle condizioni di temperatura e umidità e dalla quota, e quindi dalla pressione a cui avviene il processo. Tutto dipende dalla temperatura, umidità e velocità del processo.

Tra -6°C e -10°C, il cristallo cresce sulle superfici; tra -10°C e -12°C, sui lati; e tra -12°C e -18°C, sugli angoli, dando vita ai tipici fiocchi a stella chiamati dendriti. Il segreto della crescita risiede nell'attrazione del ghiaccio per le goccioline d'acqua, un fenomeno complesso che fa ingrandire i cristalli a spese delle goccioline.

Una volta formato, il fiocco rimane in sospensione nell'aria all'interno della nube e quando diventa abbastanza pesante inizia a cadere lentamente.

Il viaggio fino a posarsi al suolo è lento per la leggerezza del fiocco che spesso ondeggia in aria come appunto una danza. I fiocchi scendono a circa 1 m/s, meno di 4 km/h, e quindi impiegano 3-4 ore ad arrivare al suolo, modificandosi di continuo.

Sono mai esistiti due fiocchi uguali?

Esistono veri e propri “snowflake chaser”, cacciatori di fiocchi di neve. Uno dei primi fu lo scienziato giapponese Ukichiro Nakaya, che nel 1933 li fotografò raccogliendo oltre 3000 scatti e classificò la forma secondo uno standard ancora in uso oggi. Attualmente uno scienziato americano, Kenneth Libbrecht, va a caccia di fiocchi con un mezzo 4x4 attrezzato di banco ottico refrigerato, le foto con tecnica macro sono raccolte nello straordinario sito Snowcristals.com.

In base a calcoli matematico statistici, le possibili combinazioni sono gigantesche, 10³⁵, 10 seguito da 35 zeri forme diverse. Si stima che dalla formazione della terra sono caduti 10²⁴ fiocchi di neve, 10 seguito da 24 zeri. Di conseguenza, la probabilità che siano mai caduti due fiocchi identici è infinitesimale. Difficilmente insomma sono mai caduti due fiocchi di uguale forma in ogni dettaglio.

Un modello sul moto dei fiocchi di neve

I fiocchi di neve, pur essendo unici nelle loro dimensioni, densità e forma dei cristalli di ghiaccio a seconda delle condizioni atmosferiche, presentano un modello di caduta sorprendentemente simile nel moto del singolo fiocco. Questa conclusione è emersa da uno studio dell'Università dello Utah che ha analizzato mezzo milione di fiocchi caduti nei pressi di Salt Lake City.

Nonostante la complessità del loro moto accelerato, influenzato da gravità, attrito dell'aria e turbolenze, i ricercatori hanno identificato un comportamento universale nella caduta dei cristalli di ghiaccio. Utilizzando un dispositivo con laser e fotocamere, hanno rilevato una distribuzione di Laplace nella velocità e accelerazione di ciascun fiocco, anche se il motivo di questa regolarità rimane ancora poco chiaro.

Gli scienziati intendono approfondire lo studio con strumenti più precisi per ottenere dati dettagliati. Sembra incredibile ma questi dettagli possono tornare utili sia nei modelli di previsione meteorologica sia in quelli per lo studio dei cambiamenti climatici.