Chicchi di grandine giganti: quando e come si formano?

A tutti sarà capitato di osservare, dopo una giornata afosa, come in cielo compaiano improvvisamente minacciose nuvole nere che anticipano temporali e grandinate. Ma cosa determina la formazione dei chicchi di grandine, in particolare di quelli più grandi? Perché questo fenomeno è più frequente in estate?

La risposta è frutto di complessi processi fisici e chimici che avvengono in atmosfera e che regalano spettacoli suggestivi ma talvolta distruttivi. Se volete capire i meccanismi che portano alla genesi di queste bombe d’acqua ghiacciata, che a volte raggiungono dimensioni impressionanti, continuate a leggere.

Il mistero della dimensione dei chicchi di grandine: la risposta nascosta nella struttura a cipolla

Se prendiamo un chicco di grandine e lo sezioniamo, vedremo che ha una struttura simile a quella di una cipolla. Ma perché? È con questo interrogativo sempre un po’ fantasioso che vorrei aprire la mia riflessione di oggi. Da questa semplice domanda, in effetti, possiamo ricavare tutta una serie di informazioni incredibilmente affascinanti. Per esempio, perché capita che in piena estate, quando il caldo sembra insopportabile, arriva improvvisamente una grandinata? E perché i chicchi di grandine possono essere di dimensioni enormi?

Arrivare al cuore dell’enigma richiede un viaggio nel cuore delle nuvole dove si formano queste particolari precipitazioni. La grandine, infatti, non nasce a caso, ma dall’interno dei cumulonembi, enormi nubi sviluppate prevalentemente in verticale, con la base solitamente a circa 2.000 metri di altezza e la parte superiore che può raggiungere altitudini tra i 10 e i 20 km.

All’interno di queste nubi ci sono correnti ascendenti e discendenti, come due autostrade verticali, o se preferite, come due ascensori. Le particelle di acqua e i minuscoli cristalli di ghiaccio all’interno della nube, trascinati dalle correnti ascendenti, raggiungono quote molto elevate, dove la temperatura è al di sotto dello zero.

Ed ecco che avviene la magia: l’acqua e i piccoli cristalli di ghiaccio si gonfiano e si induriscono, accrescendosi grazie all’umidità della stessa nube e congelando a causa delle basse temperature. È un po’ come preparare una cotoletta impanata: più volte una piccola goccia d’acqua o un minuscolo cristallo di ghiaccio passa attraverso la nube, più acqua si appiccica a loro, che si congela all’istante.

Questo spiega la struttura tipo cipolla: ad ogni passaggio attraverso la nube, un nuovo strato di ghiaccio si forma attorno al chicco di grandine. Ecco perché durante una tempesta di grandine, i chicchi che cadono possono essere di dimensioni enormi. Ognuno di questi enormi chicchi di grandine è il frutto di innumerevoli viaggi su e giù attraverso un cumulonembo, un posto dove c’è tanta acqua e le temperature sono molto basse.

Prendere in mano un chicco di grandine è come tenere tra le dita un piccolo viaggio, un’avventura di acqua e freddo, di salite e discese. Un mistero svelato, un enigma risolto.

Mi auguro che nove istanze latenti di ulteriore riflessione traspirino da queste parole, indirizzandovi verso nuove scoperte e nuovi approfondimenti sulla meravigliosa complessità della natura che ci circonda. Ricordatevi di seguire la curiosità e l’entusiasmo, poiché l’apprendimento non termina mai. Continuerò a portarvi in questi viaggi alla scoperta di fenomeni affascinanti e misteriosi. Perché il mondo che ci circonda è una continua fonte di scoperta e ammirazione.

Il mistero delle dimensioni dei chicchi di grandine: cosa influisce sulla loro grandezza?

Come anticipato nel precedente paragrafo, la formazione dei chicchi di grandine è un ciclo ininterrotto di salite e discese all’interno di un cumulonembo. Ma cos’è che determina le difformità di dimensioni fra un chicco e l’altro? Districare questa domanda ci permette di penetrare ancor più profondamente nos algoritmi misteriosi della natura.

Quando un chicco di grandine diventa troppo pesante per essere sostenuto dalla corrente ascensionale del cumulonembo, inizia a cadere. In questa fase possiamo parlare di una grandinata normale, quella in cui i chicchi sono di piccole o medie dimensioni. Tuttavia, se durante la discesa, il chicco incontra delle correnti ascensionali sostenute, la storia cambia. Campa catapultato di nuovo verso la parte superiore della nube, negli strati più freddi dove l’umidità si attacca alla sua superficie formando un altro strato di ghiaccio. Ecco quindi che il chicco diventa un po’ più grande.

Se le forze fisiche all’opera nel cuore del cumulonembo fanno sì che il chicco venga risucchiato verso l’alto, e poi fatto cadere più volte, il risultato sarà un chicco di grandine con diversi strati di ghiaccio. In circostanze estreme potremmo trovarci di fronte a vere e proprie bombe di ghiaccio, con diametri di 7, 8, 9 o addirittura 10 cm.

Cominciamo quindi a intuire la risposta alla seconda domanda: perché le grandinate si verificano principalmente in estate, spesso in seguito a giornate particolarmente calde? La risposta riguarda i cumulonembi e le forti correnti d’aria in essi contenute. Queste correnti, in effetti, dipendono da una differenza di temperatura tra la superficie terrestre e l’atmosfera: più grande è la differenza, più l’aria si riscalda, asciuga e sale. Le giornate calde possono quindi creare le condizioni ideali per la formazione di cumulonembi carichi di umidità, generando correnti ascendenti più forti che favoriscono la formazione della grandine.

Prima di concludere, vorrei svelarvi un altro piccolo segreto della grandine. Se tagliate a metà un chicco di grandine, noterete alcune zone trasparenti e altre più opache. Questo fenomeno è dovuto principalmente alla presenza o meno di bollicine d’aria all’interno del ghiaccio. Un ghiaccio trasparente non contiene bollicine d’aria, mentre un ghiaccio opaco sì. Questa è una straordinaria manifestazione chimica che ci mostra come la natura, nella sua apparente semplicità, cela dettagli sorprendentemente raffinati.

La dimensione dei chicchi di grandine: il ruolo dell’inquinamento e delle impurità nell’opacità del ghiaccio

Tornando al fenomeno della differenza di trasperenza tra le diverse zone di un chicco di grandine: le bollicine d’aria rimangono intrappolate all’interno creando delle zone opache. Questo ci suggerisce che la presenza di impurità o inquinamento nell’aria può alterare la forma e la trasperenza della grandine. Infatti, la probabilità che un cumulonembo, dove si forma la grandine, si sviluppi in un’area senza alcun tipo di inquinamento è molto bassa. Di conseguenza, è molto più probabile che le nostre grandinate contengano chicchi di ghiaccio opachi.

Per puro caso l’anno scorso, un nostro video maker mi inviò un filmato in cui mostrava come l’acqua versata in un bicchiere si trasformasse immediatamente in ghiaccio. E ci chiedeva come fosse possibile una cosa del genere. In quel momento, mi è venuta l’idea di poter replicare un esperimento simile per mostrare come è possibile formare il ghiaccio quasi all’istante.

Un esperimento del genere sarebbe un modo divertente e istruttivo per dimostrare come possiamo visualizzare e comprendere questi fenomeni atmosferici nella nostra vita quotidiana. E, nel caso in cui riusciamo a raggiungere 30.000 segnalazioni di apprezzamento per l’idea, ci metteremo all’opera per far sì che questo esperimento diventi realtà.

Ringrazio tutti per avermi seguito in questo affascinante viaggio alla scoperta della grandine. Tuttavia, rammento a chiunque di rimanere sempre al riparo durante una tempesta di grandine, in particolare quando si tratta di quelle “bombe” pericolosamente grandi. Spero di vedervi presto per il prossimo capitolo delle nostre avventure scientifiche quotidiane.

Come la purezza dell’acqua influenza la trasparenza dei chicchi di grandine

Continuando dal punto nel quale ci siamo fermati nell’ultimo paragrafo, prendiamo in considerazione il principio secondo il quale l’acqua, nel suo stato naturale, ghiaccia a zero gradi. Ma vi siete mai chiesti se è possibile avere acqua liquida anche a temperature inferiori a zero? Anche se può sembrare assurdo, la risposta è sì. La chiave di tutto ciò è la purezza dell’acqua.

Quando le molecole d’acqua vengono raffreddate al di sotto dello zero gradi Celsius, necessitano di un punto di aggancio per iniziare a cristallizzarsi, trasformandosi in ghiaccio. Questi punti di aggancio, chiamati “centri di nucleazione”, possono essere costituiti da sostanze come i sali minerali, le particelle di sabbia o altre impurità presenti nell’acqua.

Se non ci sono impurità nell’acqua, le molecole fanno più fatica a cristallizzare, rimanendo allo stato liquido anche a temperature inferiori a zero. Se si prende dell’acqua particolarmente pura e si raffredda al di sotto dello zero, a -3 o -4 gradi ad esempio, è possibile ottenere la cosiddetta “acqua sopraraffreddata”, ovvero acqua allo stato liquido pur essendo sotto il punto di congelamento. Questo interessante fenomeno chimico-fisico prende il nome di sopraffusione.

Applicando questa teoria al fenomeno della grandinata, sappiamo che l’acqua contenuta all’interno del cumulonembo arriva principalmente dall’evaporazione dell’acqua superficiale dei mari, fiumi e laghi. I sali e le impurità contenute in quest’acqua, tuttavia, non si evaporano ma rimangono in superficie. Questo fa sì che l’acqua all’interno delle nuvole sia particolarmente pura.

Se nel cumulonembo vi è una grande quantità di acqua particolarmente pura, i chicchi di grandine verranno circondati da uno strato di acqua sopraraffreddata che congelerà lentamente, permettendo alle bolle d’aria di sfuggire. Di conseguenza, quella porzione di grandine sarà trasparente. Se, al contrario, l’atmosfera contiene molti particolati o è molto inquinata, l’acqua congelerà rapidamente, intrappolando le bolle d’aria che renderanno la grandine più opaca.

Ricapitolando, la translucenza di un chicco di grandine è determinata dalla purezza dell’acqua. Ove l’acqua sia pura, riesce a sopraraffreddarsi, a mantenere le bollicine d’aria, e ne risulta un ghiaccio trasparente. Se invece è presente un alto livello di impurità nell’acqua, il ghiaccio risulterà opaco.

Conclusione

La formazione della grandine e la grandezza dei suoi chicchi dipende in larga parte dalla disponibilità di acqua nelle nuvole e dall’intensità delle correnti ascensionali che riescono a trasportare verso l’alto i cristalli di ghiaccio in formazione. Più acqua e più intense sono le correnti, maggiori sono le possibilità che i chicchi vengano trasportati ripetutamente nelle zone fredde della nube, accumulando strati di ghiaccio e diventando via via più grandi.

D’altra parte, la trasparenza o l’opacità del ghiaccio dipende dalla sua capacità di intrappolare o rilasciare le bollicine d’aria durante il congelamento. Più l’acqua è pura, più lento sarà il congelamento e maggiori le possibilità che le bollicine riescano a fuoriuscire, dando origine a ghiaccio trasparente. Al contrario, un’acqua inquinata congelerà velocemente, intrappolando le bollicine e formando ghiaccio opaco.

Alla luce di queste considerazioni, viene spontaneo chiedersi: come potrà evolvere in futuro la grandine in un contesto di cambiamento climatico e crescente inquinamento atmosferico?