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Lunedì, 10 Gennaio 2022

LA NEVE, UN CORPO NERO?

L’articolo tratta il comportamento della neve sottoposta all'irraggiamento e quindi delle sue proprietà termiche. Questo è un argomento vasto che sarà solo accennato e spiegato in modo molto semplificato data la complessità della materia.
Promemoria sulla radiazione
Prima di tutto, dovete sapere che ogni corpo brilla. Una matita, una lampada, un tappeto, voi stessi - anche se non siete di buon umore - il ghiaccio o la neve. Ogni corpo irradia perché le molecole e gli atomi di cui è composto sono continuamente agitati e quindi emettono radiazioni elettromagnetiche. Ogni corpo, anche il più freddo, contiene quindi energia. Affinché un corpo non emetta radiazioni, le sue molecole o atomi dovrebbero smettere di muoversi, il che è impossibile. La temperatura assoluta di un corpo è una misura di questa agitazione molecolare e si esprime in gradi Kelvin (K), dove 0 K corrisponde a -273°C. Quindi, più le molecole si muovono, più la temperatura è alta e più il corpo emette radiazioni. Temperatura e radiazioni sono inseparabili
Ogni corpo irradia, ma è anche soggetto alla radiazione emessa dagli altri. La radiazione a cui è sottoposto un oggetto (conosciuta come radiazione incidente), che provenga dal Sole o da un altro oggetto, sarà assorbita da esso o riflessa (rimandata nello spazio); può anche essere rifratta (deviata) se l'oggetto è trasparente o dispersa se è un gas. Nella maggior parte dei casi, una parte della radiazione è assorbita e una parte è riflessa. Quando un corpo assorbe la radiazione incidente, utilizza l'energia elettromagnetica che riceve per aumentare l'agitazione delle sue stesse molecole e quindi per aumentare la sua temperatura. Al contrario, quando un corpo emette radiazioni elettromagnetiche, trasforma l'agitazione delle sue molecole in energia radiativa e quindi si raffredda, emettendo sempre meno radiazioni. Alla fine, la temperatura di un corpo risulta quindi dalla differenza tra l'energia ricevuta e l'energia emessa; questo è chiamato il "bilancio di radiazione". Una temperatura stabile significa che l'energia fornita dalla radiazione incidente e quella persa tramite la radiazione emessa sono equivalenti.
Cos'è un corpo nero?
Poiché non esiste realmente, il mondo della fisica ha "inventato" un corpo ideale che assorbirebbe tutte le radiazioni incidenti. È in relazione a questo corpo ideale che si valutano le capacità assorbenti ed emissive dei materiali che ci circondano (si parla di assorbimento e di emissione). La radiazione emessa da un corpo nero dipenderebbe solo dalla sua temperatura. Questo corpo ideale è detto "nero" perché assorbirebbe tutta la radiazione che arriva su di esso, anche quella visibile. Come tutti gli oggetti, anche un corpo nero emette radiazione in funzione della sua temperatura. A temperatura ambiente emette radiazione infrarossa (invisibile agli occhi umani), mentre ad elevate temperature (sopra il migliaio di gradi) emette viepiù radiazioni anche visibili.
La neve è un corpo nero?
Ovviamente la neve non è un corpo nero poiché riflette quasi tutta la luce visibile verso lo spazio. L'assorbimento della luce visibile da parte della neve è così basso che a queste lunghezze d'onda la radiazione incidente è assorbita più da piccole impurità come polvere o tracce di fuliggine che dalla neve stessa. Ma se è così, perché mai fare questa domanda? In effetti, gli studi sulla neve hanno dimostrato che nella radiazione infrarossa termica (lunghezze d'onda superiori a circa 1,5 µm), la radiazione incidente è quasi completamente assorbita.
Cosa significa concretamente?
Questo significa che la neve è una specialista dell'autodifesa! Infatti la radiazione visibile, di lunghezza d'onda corta e quindi carica di molta energia, viene rispedita al mittente e non contribuisce al riscaldamento (e quindi allo scioglimento) della neve. D'altra parte, nelle notti serene e senza vento, la neve irradia appieno e quindi si raffredda ad alta velocità. Il pericolo per la neve viene principalmente dalla radiazione infrarossa, di cui è purtroppo ghiotta e che assorbe come un veleno. Per la neve, questa radiazione infrarossa proviene principalmente dal vapore acqueo presente nell'aria, e soprattutto dalla copertura nuvolosa bassa e spessa (stratus). Per questo motivo, la copertura nevosa teme molto di più il cielo coperto e l'alta umidità rispetto al cielo sereno e a un'atmosfera povera di umidità a causa di condizioni di alta pressione.
Conclusione
La neve ha caratteristiche vicine a quelle di un corpo nero se consideriamo solo la sua emissività nell'infrarosso, così come la radiazione con una lunghezza d'onda superiore a 1,5 µm. Il fatto che ci appaia bianca e rifletta quasi tutta la radiazione visibile è quindi fuorviante e non ci deve trarre in inganno. Considerato quanto esposto, possiamo vedere un certo pericolo per il futuro dell'attuale manto nevoso, a causa del sottile strato di sabbia del Sahara che vi si è depositato. Infatti, quando questo strato sarà esposto, dopo lo scioglimento della neve caduta successivamente, aumenterà significativamente il tasso di assorbimento della radiazione solare, e di conseguenza la temperatura (e quindi lo scioglimento) dello strato superiore di neve. Sfortunatamente, questa polvere non si scioglierà, ma rimarrà sulla superficie della neve restante in modo permanente, accelerandone la fusione.

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