Una passeggiata tra le nuvole a sviluppo verticale: effervescenza cumuliforme con José Miguel Viñas
Le nubi a sviluppo verticale sono una delle famiglie in cui le nubi vengono suddivise in base agli strati atmosferici che occupano. Questa famiglia include cumuli e cumulonembi.
Con questo articolo si conclude la breve serie che abbiamo dedicato alle quattro famiglie in cui si suddividono le nubi, in base a come sono distribuite nella troposfera. Dopo la prima “passeggiata” nel piano alto, è seguito quello nel piano medio, poi il percorso nel piano basso, e ora tocca alle nubi a sviluppo verticale, che in funzione dello spessore che raggiungono possono interessare uno, due o tutti e tre i piani nuvolosi.
Nella famiglia delle nubi a sviluppo verticale esistono solo due generi nuvolosi: Cumulus (Cu) e Cumulonimbus (Cb). Il farmacista inglese Luke Howard (1772-1864), a cui dobbiamo la prima classificazione soddisfacente delle nubi e base di quella attuale, fu il primo a riferirsi al Cumulus. Utilizzò questo termine latino, che assume il significato di mucchio o accumulo, per identificare le nubi cumuliformi, poiché questo è l’aspetto che presentano, con le loro caratteristiche forme globulari.
Cumulus, a sua volta, ha origine etimologica nella radice indoeuropea keu (cima) e anche nel greco κυειν (gonfiare).
La convezione e la crescita dei cumuli
Le nubi dall’aspetto cumuliforme sono conosciute anche come nubi convettive, poiché la loro formazione e la successiva crescita (particolarmente accentuata in verticale) sono dovute in larga misura alla convezione. In atmosfera, questo meccanismo si occupa di trasportare dal basso verso l’alto il calore e altre proprietà delle masse d’aria, come il vapore acqueo o la quantità di moto.
La convezione implica lo spostamento di grandi volumi d’aria e si verifica preferenzialmente sopra un suolo precedentemente riscaldato dal sole, sul quale si generano correnti ascendenti di aria calda che possono o meno culminare nella formazione di cumuli.
Non è sufficiente una forte insolazione e un terreno molto riscaldato affinché si formino nubi a sviluppo verticale e raggiungano grandi dimensioni. È necessario inoltre un certo grado di instabilità atmosferica, che favorirà la crescita verticale dei cumuli, culminando in cumulonembi quando l’atmosfera è molto instabile; in questi casi, l’aria presente nei livelli medi e alti della troposfera è molto più fredda del normale e le correnti ascendenti si intensificano.
I cumuli, spinti dalla convezione, possono presentare altezze e dimensioni molto variabili. La loro base si colloca al di sotto dei 2.000 m di quota, potendo crescere verso l’alto fino a 6.000 m (alle latitudini medie). All’interno del cumulo dominano le correnti d’aria ascendenti, anche se in quelli di maggiori dimensioni coesistono con correnti discendenti associate alle precipitazioni.
I cumuli più piccoli (Cu humilis) sono quasi interamente bianchi e sono conosciuti colloquialmente come cumuli di bel tempo o nubi di cotone. Quelli di dimensioni intermedie (Cu mediocris) e in particolare i grandi (Cu congestus) presentano una colorazione grigio scuro alla base, dovuta alla grande quantità di idrometeore presenti al loro interno, che formano una sorta di schermo naturale ostacolando il passaggio della luce solare.
Questa relativa oscurità della base contrasta con il bianco brillante del resto della nube quando è illuminata direttamente dal sole. La parte superiore assume la tipica forma a cavolfiore. Sebbene questo sia l’aspetto più comune, talvolta appare sfrangiata, a brandelli, costituendo la specie fractus (che può presentarsi in ciascuna delle tre specie di cumulo). L’imponente congestus può produrre rovesci sia di pioggia sia di neve o neve granulare e spesso evolve in un Cumulonimbus: la nube temporalesca.
Il Cumulonimbus. La regina delle nubi
Il cumulonembo (Cumulonimbus nella sua denominazione ufficiale in latino) è la nube a sviluppo verticale per eccellenza. Questo genere nuvoloso occupa tutti e tre i piani in cui si distribuiscono le nubi, con la base situata nel piano inferiore – al di sotto dei 2.000 m di quota – e la parte più alta in prossimità della tropopausa, intorno agli 11.000 m di altitudine (alle latitudini medie), riuscendo talvolta a penetrare nella bassa stratosfera.
Nella zona equatoriale, dove la tropopausa si trova a quote più elevate, questa nube supera frequentemente i 20 km di altezza. Alle latitudini medie, occasionalmente, può crescere fino a 15–20 km.
Si tratta di una nube molto compatta, dalle forme arrotondate e di grandi dimensioni. La sua base è molto scura e attorno ad essa è frequente la presenza di un corteo di nubi dall’aspetto sfrangiato, che possono essere o meno addossate alla nube principale. Dalla base pendono inoltre dense cortine di precipitazione.
La sommità è totalmente o parzialmente appiattita, presentando una forma liscia (Cb calvus) o filamentosa (Cb capillatus). L’insieme della nube assume talvolta la suggestiva forma di un’incudine (incus), come conseguenza dell’azione modellante dei forti venti che soffiano nella sua parte superiore.
L’incudine presenta spesso uno dei due estremi più allungato dell’altro, consentendo di dedurre – con la semplice osservazione della struttura – la direzione di spostamento della nube temporalesca, sospinta dai venti dominanti in quota.
All’interno della nube è presente una grande quantità di chicchi di grandine e gocce d’acqua che precipitano con violenza, generando intense correnti discendenti di aria fredda che, impattando contro la superficie terrestre e diffondendosi in tutte le direzioni, provocano raffiche di vento molto forti.
All’interno della nube avviene inoltre una separazione delle cariche elettriche, con l’accumulo di quelle positive nella parte alta e di quelle negative in quella inferiore, processo che culmina nella generazione di potenti scariche elettriche: i fulmini dei temporali.