La neve, in meteorologia, è un tipo di precipitazione atmosferica nella forma di acqua ghiacciata cristallina, formata da una moltitudine di minuscoli cristalli di ghiaccio, tutti aventi di base una simmetria esagonale e spesso anche una geometria frattale, ma ognuno di tipo diverso e spesso aggregati tra loro in maniera casuale a formare fiocchi di neve. Dal momento che è composta da piccole parti grezze è un materiale granulare. Ha una struttura aperta ed è quindi soffice, a meno che non sia sottoposta a una pressione esterna. La disciplina che studia le caratteristiche fisico-chimiche della neve in relazione all'ambiente è la nivologia.
Descrizione
Colore
Al nostro occhio la neve appare bianca, anche se è composta da cristallini di ghiaccio trasparenti come l'acqua. Essa appare bianca perché ogni raggio di luce che attraversa un cristallo di neve viene leggermente riflesso; così, di cristallo in cristallo, la luce continua a essere riflessa e deviata fino a riemergere in una direzione casuale (riflessione diffusa). Così il raggio di luce che perviene all'occhio è una somma di tutta la luce che è emessa in quella direzione, ed è composta dalla somma di tutti i colori dello spettro, dato che i cristallini di ghiaccio non assorbono alcun colore. Ai nostri occhi arrivano così tutti i colori di partenza, e di conseguenza percepiamo il colore bianco che ne è la somma.
Inoltre, poiché quasi tutta la luce che entra viene restituita, il manto nevoso appare spesso abbagliante. Lo stesso fenomeno si presenta con ogni polvere che non assorba troppa luce: una strada sterrata polverosa appare biancastra, ma se piove diventa scura.
Nelle precipitazioni nevose dell'Europa meridionale, si può talvolta notare una leggera colorazione rosa nel cielo o tra gli strati nella neve caduta: è la sabbia che arriva con il vento dal Sahara.
Geometria
Una domanda interessante è perché i bracci dei cristalli di neve che formano i fiocchi siano perfettamente simmetrici e allo stesso tempo non ci siano due cristalli di neve identici. La risposta risiede nelle differenti condizioni ambientali che due cristalli diversi posti a una certa distanza tra loro subiscono durante il processo di formazione, accrescimento e caduta ovvero nel fatto che la distanza "tra" i cristalli di neve è molto maggiore di quella "interna" al medesimo cristallo di neve.
Data la simmetria iniziale esagonale della struttura cristallina del ghiaccio comune (derivante direttamente dalla struttura molecolare dell'acqua), i bracci del cristallo di neve crescono indipendentemente in un ambiente che è ritenuto spazialmente e temporalmente molto variabile in termini di temperatura, umidità e così via. Questo ambiente è ritenuto relativamente omogeneo nello spazio di un singolo fiocco e questo porta i bracci a crescere in modo molto regolare e simmetrico, rispondendo in modo uguale a un ambiente uguale, come alberi non imparentati tra loro rispondono ai cambiamenti ambientali facendo crescere serie simili di anelli nel tronco. La differenza nell'ambiente anche minima in termini di temperatura e soprattutto umidità dell'aria su scale spaziali più grandi di quelle di un singolo cristallo di neve conduce alla mancanza di uguaglianza osservata tra le forme di due o più cristalli differenti.
Un ulteriore dato che contribuisce a rendere ancora più convincente la teoria dell'inesistenza di due cristalli di neve identici è il fatto che ogni fiocco è composto da miliardi di molecole d'acqua, e le differenti combinazioni possibili di fiocchi che si possono formare da questi miliardi di molecole creano un numero di cristalli di neve diversi incredibilmente grande.
Naturalmente il concetto che due cristalli di neve non possano assolutamente essere uguali è un'iperbole teorica. Infatti è perfettamente possibile, anche se improbabile, che due cristalli possano essere identici, a patto che le condizioni ambientali siano quasi identiche: sia che i cristalli crescano abbastanza vicini l'uno all'altro sia anche per puro caso. La Società Meteorologica Americana ha riportato che due cristalli identici sono stati trovati da Nancy Knight del Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica il 1º novembre 1986Theoni Pappas, Le gioie della Matematica, Franco Muzzio Editore. ISBN 88-7413-112-7. pag. 74. I cristalli non erano "fiocchi" dendritici nel senso comune del termine, ma piuttosto semplici piastre esagonali prismatiche.
Formazione
La vita di un cristallo di neve inizia all'interno dell'atmosfera. Questa contiene spesso umidità, data dal vapore acqueo, cioè dalle molecole di acqua sotto forma di gas in sospensione nell'aria. Se la temperatura si abbassa, le molecole si condensano (cioè giungono allo stato liquido, formando piccole goccioline) attorno a particelle chiamate nuclei di condensazione (sali, pollini o polveri presenti nell'atmosfera), che hanno un diametro medio di circa . Se la temperatura dell'aria è al di sotto degli è possibile che, invece di acqua liquida, si formino minuscoli cristalli di ghiaccio. Perché ciò avvenga sono necessari dei nuclei di congelamento, simili a quelli di condensazione. Non tutte le particelle che fungono da nuclei di condensazione possono essere anche nuclei di congelamento; al diminuire della temperatura dell'aria il loro numero aumenta e diventa molto più facile la formazione, tramite congelamento, di cristalli di ghiaccio. La dimensione e la massa dei cristalli di ghiaccio aumentano ed essi cominciano a subire più sensibilmente l'azione della forza di gravità, iniziando a cadere.
La forma finale del cristallo di neve dipende da una serie di variabili, come la temperatura, la velocità di caduta e l'umidità dell'aria incontrata. La velocità con cui la massa del cristallo aumenta dipende dalla temperatura: i cristalli che passano attraverso un'atmosfera più fredda sono più piccoli di quelli passati attraverso un'atmosfera più calda. Inoltre una atmosfera più calda può contenere più umidità, dando luogo a nevicate più abbondanti. Una volta caduto al suolo il cristallo di neve subisce una serie di trasformazioni (metamorfismi) che ne modificano la forma iniziale e le caratteristiche fisiche. La trasformazione della neve dipende dalla temperatura all'interno del manto nevoso (legata alla temperatura dell'aria) e dal contenuto di acqua della neve (che dipende dalla sua origine). Il metamorfismo modifica la densità del manto nevoso, che può variare da un minimo di 50 a un massimo di subito dopo una nevicata. La densità della neve a sua volta influisce sulla stabilità e sulla compattezza del manto nevoso stesso e, quindi, sulla sicurezza dell'ambiente.
Precipitazione
La neve si forma nell'alta atmosfera quando il vapore acqueo, a temperatura inferiore a , brina attorno ai cosiddetti germi cristallini passando dallo stato gassoso a quello solido formando cristalli di ghiaccio i quali cominciano a cadere verso il suolo quando il loro peso supera la spinta contraria di galleggiamento nell'aria e raggiungono il terreno senza fondersi. Questo accade quando la temperatura al suolo è in genere minore di (in condizioni di umidità bassa è possibile avere fiocchi al suolo anche a temperature lievemente superiori) e negli strati intermedi non esistono temperature superiori a dove la neve possa fondere e diventare acquaneve o pioggia.
Tuttavia, in presenza di uno o più dei seguenti fattori:
violente precipitazioni, violenti moti verticali, bassa umidità, aria estremamente gelida in quota, la neve può cadere, anche se per brevi periodi, con temperature positive superiori ai (se l'aria nei bassi strati è abbastanza secca la neve può giungere al suolo anche con temperature abbastanza superiori, talvolta anche 5 o ). Se la temperatura lo consente, è possibile produrre neve artificiale con cannoni appositi, che tuttavia creano piccoli granelli più simili a neve tonda che non a neve propriamente detta.
In generale quindi per l'occorrenza del fenomeno nevoso conta non solo il campo termico al suolo, ma anche quello degli strati atmosferici compresi tra la nube e il suolo: la neve infatti può anche non cadere alle temperature proprie suddette in presenza di precipitazioni ovvero giungere sotto forma di pioggia pur a temperatura del suolo sottozero: questo accade a volte quando si è in presenza di una forte inversione termica caratterizzata da strati superiori dell'atmosfera a temperatura positiva all'interno del quale cristalli e fiocchi fondono tramutandosi in acqua liquida; quando quest'acqua sotto forma di pioggia raggiunge il suolo gela quasi istantaneamente a contatto con il suolo ghiacciato portando alla formazione del pericolosissimo gelicidio.
Allo stesso modo, anche una prolungata omotermia verticale con temperatura costante di poco superiore allo zero sfavorisce la caduta di neve facendo fondere i fiocchi in caduta. Anche alti livelli di umidità relativa con temperature al suolo di poco superiori allo zero sfavoriscono la caduta al suolo di neve perché aumenta la conducibilità termica dell'aria, la quale fa fondere più velocemente i cristalli di ghiaccio in caduta. Spesso al riguardo la precipitazione può cominciare sotto forma di neve e poi tramutarsi in pioggia proprio per l'aumento dell'umidità relativa al suolo in conseguenza della fusione della neve stessa, nonostante l'assorbimento del calore latente durante questo passaggio di stato fisico. Altre volte accade il contrario: le precipitazioni possono iniziarsi sotto forma di pioggia per poi convertirsi in neve al calo della temperatura per precipitazioni o al dissolvimento dello strato di inversione/omotermia per sopraggiunta aria fredda in quota.
Uso come simbolo
Il simbolo del cristallo di neve, chiamato anche fiocco di neve, è spesso associato al concetto di inverno, ghiaccio, neve o temperature al di sotto del punto di congelamento. Ad esempio gli pneumatici invernali riportano questo simbolo.
Un cristallo di neve stilizzato è stato anche usato come simbolo dei XIX Giochi olimpici invernali a Salt Lake City, Utah.
Nello standard Unicode sono codificati tre differenti simboli del cristallo di neve:
snowflake - U+2744 (❄); tight trifoliate snowflake - U+2745 (❅); heavy chevron snowflake - U+2746 (❆).
Distribuzione al suolo
Le nevicate possono variare in durata e posizione geografica, in funzione di alcuni fattori geografici come la latitudine, l'altitudine, l'orografia e altri che condizionano il tempo meteorologico in generale.
Di solito le nevicate a bassa quota sono rare nelle regioni al di sotto dei di latitudine e sulle coste occidentali dei grandi continenti, essendo più esposte ai venti di Ponente tipici delle medie latitudini e provenienti in questo caso dall'oceano, più caldo della terraferma durante l'inverno.
Le zone più inclini alla neve alle medie latitudini sono le zone di montagna durante il periodo invernale, ma episodi nevosi possono verificarsi anche in collina e pianura specie in corrispondenza di ondate di freddo, mentre diventa un fatto abituale a tutte le quote salendo di latitudine verso i poli.
Alcune cime montuose hanno una copertura perenne di neve, come quelle Himalayane e dell'Asia centrale al di sopra dei , quelle Andine dai in su, le montagne più elevate in Canada e Alaska e quelle Alpine dai in su e i monti Kilimangiaro, Ruwenzori e Monte Kenya in Africa, e il Puncak Jaya in Indonesia, pur essendo questi prossimi all'Equatore. Invece molte zone polari hanno precipitazioni molto scarse e quindi relativamente poca neve, nonostante il clima gelido.
Alle medie latitudini risultano particolarmente abbondanti le nevicate primaverili e quelle autunnali alle quote medio-alte, mentre frequenza e intensità tendono a diminuire all'aumentare del freddo a causa della diminuzione di umidità assoluta.
La neve nel mondo
Tipi di precipitazioni nevose