Fiocchi neve

Manca sempre meno a Natale, e cos'è più natalizio della neve?
Ma aspetta…come si formano i fiocchi di neve? E perché hanno tutte quelle forme strane? In questo articolo vedremo come la fisica dietro a questo fenomeno sia più complessa di quello che potrebbe sembrare e cercheremo di far luce sul perché è impossibile trovare due fiocchi identici. Vamos!

Come si formano i fiocchi di neve?

Partiamo dal principio: a differenza del ghiaccio, che prevede il passaggio dell'acqua dallo stato liquido a solido, i fiocchi di neve, o per meglio dire cristalli di neve, si formano a partire dal vapore acqueo contenuto all'interno di una nube. Quando le temperature scendono al di sotto dello zero, l'acqua inizia a brinare – cioè passa da gas (vapore) a solido (ghiaccio) – attorno a piccole particelle di polvere presenti nell'aria. Quello che succede è che si forma un piccolo prisma di ghiaccio, solitamente a forma di piccola tavoletta esagonale. Perché – potreste chiedervi – proprio esagonale? La disposizione degli atomi all'interno di un cristallo di ghiaccio dà vita ad una struttura esagonale che, a sua volta, determina la simmetria del fiocco di neve stesso!

ghiaccio atomo
in foto: Struttura del ghiaccio (credit: Danski14).

Dopo la formazione di questo primo blocchetto a sei lati, il cristallo tenderà a scendere (o risalire) all'interno della nube. Qui nuovo vapore andrà a brinare attorno al cristallo, andando ad aumentare le sue dimensioni. Solitamente questo vapore tende a brinare in corrispondenza degli spigoli e, al variare delle condizioni di temperatura e umidità, possono svilupparsi altri prismi esagonali oppure delle strutture ramificate, quelle che danno poi vita ai classici "fiocchi di neve". Questa crescita continua fin tanto che le dimensioni del fiocco di neve non sono troppo grandi: a quel punto la gravità ha la meglio e il cristallo cade verso il suolo.

La forma dei fiocchi di neve

Qui arriva la parte interessante. Solitamente i fiocchi di neve si formano a partire da un piccolo prisma. Durante la discesa verso il suolo, però, possono esserci piccole variazioni dell'umidità e, soprattutto, della temperatura. Queste minuscole oscillazioni favoriscono o inibiscono la formazione di "facce piane" o di "rami". Ciascun fiocco di neve può passare attraverso molte condizioni diverse e, quindi, crescere un po' come un ramo e un po' con delle faccette piatte. La forma di un cristallo di neve, quindi, dipende strettamente dal percorso che ha eseguito, a partire dalla sua nascita fino al contatto con il suolo. Per quanto possano sembrare simili, due fiocchi di neve diversi percorrono percorsi diversi e, quindi, avranno due forme leggermente diverse.

tipi di fiocchi di neve
in foto: Diversi esempi di fiocchi di neve (credit: NOAA).

Sono anche stati effettuati degli studi per comprendere più nel dettaglio a quali intervalli di temperatura e umidità si sviluppano quali tipi di strutture. Il resoconto di queste analisi è riassunto nell'immagine sottostante dove è riportato un diagramma che mostra la variazione della forma a seconda della temperatura. Si vede bene come attorno ai -5°C si formino principalmente degli aghetti, tra i -10 e i -20 delle strutture dendritiche (cioè "ramificate") e sotto i -20°C dei prismi, siano essi appiattiti o colonnari.

diagramma fiocchi di neve
in foto: Diagramma della morfologia dei cristalli di neve (Kenneth Libbrecht, 2012).

Bibliografia
Libbrecht, Kenneth G. "Toward a comprehensive model of snow crystal growth dynamics: 1. Overarching features and physical origins." arXiv preprint arXiv:1211.5555 (2012).

Articolo a cura di
Stefano Gandelli