Ti sei mai chiesto come si formano i cristalli di neve? Quelle meravigliose strutture di ghiaccio che decorano le finestre e i rami degli alberi in inverno? E sai qual è il record per il cristallo di neve più grande mai osservato? In questo articolo, ti sveleremo i segreti di questi piccoli capolavori della natura, e ti daremo anche alcuni consigli per osservarli da vicino.
Innanzitutto, bisogna capire cos’è un cristallo di neve, ovvero una particella di ghiaccio che si forma quando il vapore acqueo presente nell’aria si congela direttamente in solido, senza passare per lo stato liquido.
Questo processo si chiama sublimazione, ed è favorito da temperature molto basse e da una certa umidità; il cristallo di neve inizia a crescere attorno a un nucleo di polvere o di polline, che funge da base per l’attacco delle molecole d’acqua, e man mano che cade verso il suolo, incontra diverse condizioni ambientali, che influenzano la sua forma e la sua dimensione.
Quali sono le forme dei cristalli di neve?
I cristalli di neve possono assumere una grande varietà di forme, a seconda della temperatura e dell’umidità dell’aria, ma in generale, si possono distinguere sei categorie principali di cristalli di neve:
- piastre: sono cristalli piatti e sottili, con una simmetria esagonale e si formano a temperature comprese tra -2°C e -10°C, e a bassa umidità;
- colonne: sono cristalli allungati e cilindrici, con una sezione esagonale e si formano a temperature comprese tra -5°C e -25°C, e a bassa umidità;
- aghi: sono cristalli sottili e appuntiti, con una sezione quadrata e si formano a temperature comprese tra -5°C e -10°C, e a media umidità;
- dendriti: sono cristalli ramificati e stellati, con una simmetria sei volte maggiore e si formano a temperature comprese tra -12°C e -18°C, e ad alta umidità;
- cappucci e aste: sono cristalli composti da una colonna centrale e da una o due piastre alle estremità e si formano a temperature comprese tra -3°C e -8°C, e a media umidità;
- irregolari: sono cristalli di forma irregolare e disordinata, che si formano a temperature vicine allo zero, e a bassa umidità.
Oltre a queste categorie, esistono anche molti altri tipi di cristalli di neve, che possono essere combinazioni o variazioni delle forme sopra descritte, ad esempio, ci sono i cristalli a settore, che sono piastre con dei segmenti radiali; i cristalli a gemma, che sono colonne con delle protuberanze; i cristalli a fiore, che sono dendriti con dei petali; e così via.
Perché i cristalli di neve hanno queste forme?
La forma dei cristalli di neve dipende dal modo in cui le molecole d’acqua si dispongono quando si congelano. Le molecole d’acqua hanno una struttura tetraedrica, cioè formano degli angoli di 109,5° tra di loro, e quando si congelano, tendono a formare dei legami a idrogeno con altre molecole, che mantengono una distanza costante.
Questo fa sì che il ghiaccio abbia una struttura cristallina esagonale, con sei lati uguali, tuttavia la struttura esagonale non è l’unica possibile.
A seconda della temperatura e dell’umidità, le molecole d’acqua possono formare dei legami a idrogeno più o meno forti, e quindi dei cristalli più o meno compatti, per di più la velocità di crescita del cristallo può variare in base alla direzione, e quindi dare origine a forme diverse.
Ad esempio, a temperature più alte, le molecole d’acqua si muovono più velocemente, e quindi il cristallo cresce più rapidamente, mentre a temperature più basse, le molecole d’acqua si muovono più lentamente, e quindi il cristallo cresce più lentamente, e ciò spiega perché le piastre si formano a temperature più alte, e le colonne a temperature più basse.
Inoltre, l’umidità dell’aria influisce sulla quantità di vapore acqueo disponibile per il cristallo, a bassa umidità, il cristallo cresce poco e rimane semplice mentre ad alta umidità, il cristallo cresce molto e diventa complesso. Questo spiega perché gli aghi si formano a bassa umidità, e i dendriti ad alta umidità.
Quanto possono essere grandi i cristalli di neve?
La dimensione dei cristalli di neve dipende da quanto tempo rimangono in aria, e da quante molecole d’acqua incontrano durante la loro caduta.
Più tempo rimangono in aria, e più molecole d’acqua incontrano, più grandi diventano. Tuttavia, esiste un limite alla loro crescita, che è dato dalla forza di gravità. Se il cristallo diventa troppo pesante, la gravità lo fa cadere più velocemente, e quindi riduce il tempo e le molecole d’acqua disponibili per la sua crescita.
Il record per il cristallo di neve individuale più grande mai osservato è stato stabilito dal fisico Kenneth Libbrecht, che ha trovato un cristallo enorme che misurava 10 millimetri (0,39 pollici) da una punta all’altra. Potrebbe non sembrare così grande, ma considerando che il tipico dendrite stellare ha un diametro compreso tra 2 e 4 millimetri, in realtà è piuttosto enorme.
Il record per il fiocco di neve più grande mai osservato, invece, è stato stabilito nel 1887, quando una violenta tempesta invernale fece cadere fiocchi di neve descritti come “più grandi di un contenitore per il latte” sulla valle del fiume Clark Fork, nel Montana, negli Stati Uniti.
I rapporti suggeriscono che fossero larghi fino a 38 centimetri (1 piede e 3 pollici) e spessi 20 centimetri (8 pollici), tuttavia questi fiocchi di neve erano probabilmente aggregati di molti cristalli di neve, e non singoli cristalli.
Come osservare i cristalli di neve?
Osservare i cristalli di neve è un’attività divertente e istruttiva, che ci permette di ammirare la bellezza e la varietà della natura. Per farlo, abbiamo bisogno di poche cose:
- qualcosa di caldo con una manica scura: abbiamo bisogno di uno sfondo su cui far atterrare il nostro cristallo di neve, che sia abbastanza freddo da non farlo sciogliere, e abbastanza scuro da farne risaltare i dettagli;
- una lente d’ingrandimento: abbiamo bisogno di uno strumento che ci permetta di vedere il nostro cristallo di neve da vicino, senza toccarlo o rovinarlo. Una lente d’ingrandimento da 5X dovrebbe bastare, e costa meno di 5 euro;
- una guida ai cristalli di neve: abbiamo bisogno di una fonte di informazioni che ci aiuti a identificare il nostro cristallo di neve, e a capire come si è formato. Una buona guida è quella scritta da Kenneth Libbrecht, che lui definisce una “guida pratica ai fiocchi di neve”.
Oppure, possiamo consultare il suo sito web, dove possiamo trovare fotografie e video di diversi tipi di cristalli di neve.
Quindi, tutto ciò di cui abbiamo bisogno è un po’ di freddo e un po’ di pazienza. Se siamo fortunati, potremmo anche trovare un cristallo di neve unico e speciale, che ci farà sentire come dei veri scopritori.
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