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La neve è una forma di precipitazione atmosferica composta da un mix di cristalli di ghiaccio e aria. È proprio la sua particolare struttura a dare alla neve il suo caratteristico colore bianco: quando la luce attraversa un fiocco di neve, i raggi corrispondenti ai singoli colori vengono deviati e diffusi in tutte le direzioni, portando di fatto ai nostri occhi un miscuglio di tutti i colori, che il nostro cervello percepisce in modo molto vicino al bianco puro. Questo accade anche il ghiaccio è trasparente: quest'ultimo ha una struttura più compatta ed omogenea, per cui la luce non rifrange moltissimo e appare trasparente.
Perché la neve è bianca
Sappiamo che, se vediamo i colori è grazie alla luce, che è costituita da diverse lunghezze d'onda. Quando la luce colpisce un oggetto, parte di queste lunghezze d'onda onde viene assorbita mentre il resto viene riflesso. I nostri occhi raccolgono la luce riflessa grazie a cellule speciali nella retina che inviano messaggi al cervello.
Fondamentalmente, il modo il cui la luce viene dispersa e trasmessa attraverso la struttura della neve e del ghiaccio determina la differenza di colore tra i due.
I cristalli di ghiaccio che compongono la neve sono organizzati in modo casuale e sono misti ad aria, formando così una struttura altamente porosa. A causa di questa distribuzione, quando colpisce la neve, la luce si diffonde, rifrange e si riflette nei cristalli di ghiaccio più e più volte e in tutte le direzioni. Questo particolare fenomeno, in cui la luce colpisce un oggetto e viene diffusa all'interno di esso un numero molto alto di volte, si chiama scattering multiplo ed è il motivo per cui vediamo la neve bianca.

Infatti, questa dispersione della luce all'interno della struttura della neve coinvolge tutte le lunghezze d'onda della luce visibile, e poiché vengono riflettute in proporzioni simili, la luce riflessa che vediamo risulta globalmente bianca. Più sono piccoli i cristalli, più la probabilità di diffusione della luce nella neve aumenta. Di solito la dimensione media dei cristalli varia da pochi micrometri fino a millimetri nei fiocchi più grandi.
Inoltre c'è da dire che la neve ha un potere riflettente di superficie (il cosiddetto albedo, cioè una misura di quanto la luce riflette sulla superficie di uno specifico materiale) molto alto e per questo riflette il 90% della luce visibile incidente, ecco perché vediamo la neve bianchissima. Questa proprietà la rende uno dei materiali naturali più riflettenti. Quando, a temperature più alte, la neve inizia a sciogliersi, la presenza di acqua liquida tra i cristalli riduce l’effetto di diffusione della luce, diminuendo l’albedo.
Perché il ghiaccio è trasparente
La struttura del ghiaccio, invece, è più compatta e meno porosa rispetto alla neve, con un reticolo cristallino estremamente regolare e pochissime interazioni disturbanti e, di solito, non include bolle o impurità. Per questo motivo la luce attraversa questo tipo di struttura cristallina senza venire significativamente diffusa o dispersa. In questo modo i raggi luminosi possono attraversare il ghiaccio in modo diretto e più lineare, senza essere disturbati nel loro viaggio, motivo per cui lo vediamo trasparente.

In alcune condizioni di luce, il ghiaccio appare azzurro, invece che pienamente trasparente, perché assorbe selettivamente le lunghezze d'onda più lunghe della luce visibile (rosso e giallo), mentre trasmette meglio quelle più corte, come il blu. Questo effetto è particolarmente evidente nei blocchi di ghiaccio molto grandi, dove il percorso della luce all'interno del ghiaccio amplifica questo assorbimento selettivo.
Il colore naturale della neve o del ghiaccio può essere alterato da materia organica, polveri e sali: ad esempio, particelle di fuliggine riducono il potere riflettente assorbendo maggiormente la luce.
Perché è utile conoscere questa differenza
Conoscere le differenze strutturali tra neve e ghiaccio, le loro proprietà ottiche e il loro riscontro in visibilità, è cruciale per calcolare l'equilibrio tra l'energia che la Terra riceve dal Sole e l'energia che la Terra irradia nello spazio esterno (bilancio radiativo terrestre), utile per il monitoraggio del cambiamento climatico, la comprensione del clima terrestre e lo sviluppo dei modelli climatici.
Conoscere questo parametro permette di studiare l'interazione tra atmosfera e superficie, di monitorare le variazioni temporali e spaziali, e quindi anche ottimizzare le politiche ambientali. Inoltre, comprendere le differenze tra i poteri riflettenti di queste due diverse superfici, permette di utilizzare il tele-rilevamento e le immagini satellitari per monitorare l'estensione delle calotte glaciali.