Le forme della pioggia: la dimensione e la velocità delle gocce decidono se sarà una carezza o un disastro
La microfisica delle nubi è quanto di più affascinante e misterioso c’è nella meteorologia. Ecco come si formano le goccioline e quanto dura il loro viaggio fino a toccare il suolo. È vero che le gocce di pioggia hanno la forma a lacrima?
La pioggia è un fenomeno familiare e noto a tutti. Sono poche le zone del mondo dove non piove mai, in realtà alcuni deserti sono perfino piovosi. Per trovare luoghi completamente senza pioggia dobbiamo infatti andare nelle zone polari più fredde o su alte montagne, qui non piove mai semplicemente perché può solo nevicare!
La pioggia però è un fenomeno complesso, dietro una semplice goccia c’è la magia della microfisica delle nubi con un gioco di danza fra cristalli di ghiaccio, particelle solide dette nuclei di condensazione e appunto goccioline presenti perfino con temperature sotto zero.
Il meccanismo, forma, dimensione e velocità delle gocce di pioggia è poi strettamente legato ai suoi effetti al suolo.
Come nasce la pioggia
Ancor prima della pioggia, servono le nubi; sono due in particolare le nubi più produttive di pioggia, i nembostrati e i cumulonembi. E sono due i tipi di precipitazioni possibili, stratiformi e convettive.
Due anche i processi microfisici che portano alla formazione delle goccioline. Il processo caldo (collisione-coalescenza), tipico delle nubi calde tropicali e delle piogge convettive.
E il processo freddo (Bergeron–Wegener–Findeisen), presente in nubi miste con cristalli di ghiaccio e goccioline sopraffuse (cioè in forma di acqua con temperature sotto zero), tipico delle latitudini temperate e delle precipitazioni stratiformi. Ma non entriamo oltre nei dettagli, ricordiamo solo un altro elemento necessario alla formazione della pioggia. I nuclei di condensazione, ovvero particelle solide di varia origine, come polveri minerali, cristalli di sale marino o residui di combustione, attorno ai quali il vapore acqueo può condensare formando le prime minuscole goccioline di nube.
Il viaggio della goccia di pioggia: lacrime o sfere?
Spiace sfatare un mito, una poesia dell’infanzia, ma la divulgazione scientifica richiede serietà e va detto che le goccioline di pioggia non sono fatte a lacrima ma a sfere, via via più schiacciate man mano che sono grandi e cadono veloci. Sfere che possono avere varia dimensione, per definirsi pioggia devono essere di almeno 0.5 mm.
Sotto questa soglia e con intensità debole, minore di 1 mm/ora, il WMO la definisce pioviggine. Tra 0,1 e 0,5 mm (sotto 0.1 mm normalmente restano in sospensione nella nube) le gocce cadono così lentamente (pochi cm/s) e talvolta evaporano prima di raggiungere il suolo, formando il fenomeno chiamato virga. La loro caduta dalla base nube può quindi durare anche oltre un’ora.
Le gocce di pioggia più piccole, attorno a 1-2 mm di diametro, impiegano invece 10-20 minuti a scendere da una zona di formazione ipotetica a 4000 metri internamente a un nembostrato. Alle gocce di media dimensione, 3-4 mm, servono 5-8 minuti per arrivare al suolo e cominciano appunto ad assumere forma schiacciata e formare schizzi ben visibili nelle pozzanghere.
Le gocce più grosse, attorno ai 5 mm, cadono in soli 5 minuti, e a velocità di circa 30-40 km/h. Al suolo causano grossi “cappelletti”, simili al noto prodotto gastronomico, nelle pozzanghere e quando trovano suolo ancora secco anche a eroderlo, creando pulviscolo o terriccio di riporto.
La neve ovviamente cade molto più lentamente, a soli 2-3 km/h, il viaggio dei fiocchi dura anche 3-4 ore, ma la grandine può scendere anche a oltre 100 km/h, e basta anche un solo minuto per arrivare a terra.
Cosa decide se sarà una carezza di pioggia o un disastro?
L’intensità della pioggia è strettamente legata alla dimensione delle gocce. Gocce di più grandi cadono più velocemente, e sono tipiche delle precipitazioni convettive. La curiosità è che non sono necessariamente anche più fitte, anzi nelle piogge tropicali sono addirittura molto rade, per la minor presenza di nuclei di condensazione. Alluvioni lampo anche associate a frane, allagamenti urbani, erosione improvvisa del suolo sono i suoi effetti tipici.
Le gocce più piccole invece sono tipiche nelle precipitazioni stratiformi e su vaste rare. Possono esserci in queste condizioni gocce anche molto fitte, piove solitamente moderato ma anche a volte forte e durando ore gli accumuli pluviometrici possono essere importanti.
Le conseguenze sono le grandi alluvioni, come quelle del fiume Po, dei grandi fiumi europei, Reno, Danubio, Senna ecc., e in parte l’alluvione in Romagna del 16-17 maggio 2023. Questo fu un evento particolare, specie nei successivi episodi del 18 settembre e 19 ottobre 2024 era presente un pericoloso mix di piogge convettive e stratiformi.
Dalla microfisica delle nubi alle alluvioni
Determinante, infine, è la DSD, drop size distrubution, la distribuzione per volume delle goccioline. In una nube stratiforme, le gocce sono minuscole e numerose: fino a 300–1.000 per metro cubo, con diametri medi di 0,2–1 mm. Nelle piogge convettive, le gocce grandi dominano e sono più rade , da 50 a 200 per metro cubo, ma ciascuna contiene fino a centomila volte più acqua di una goccia piccola.
È questo equilibrio fra numero e dimensione che decide se la pioggia sarà una pioviggine gentile, un rovescio rinfrescante, un nubifragio torrenziale o una alluvione su larga scala.