Neve da Omotermia

Cenni di termodinamica: calore latente per i passaggi di stato

Come prima cosa serve definire il concetto di “Calore latente”. Il calore latente (associato a una trasformazione termodinamica) è la quantità di energia (sotto forma di calore) necessaria allo svolgimento di una transizione di fase (o passaggio di stato).

Ad esempio, il “calore latente di fusione” è l'energia massima corrispondente al passaggio di un sostanza (l’acqua) all'interno di un sistema (l’atmosfera) dallo stato solido (neve) a quello liquido (pioggia).

Il calore necessario al passaggio di fase è:

Q = λ ∙ m

Dove:

• Q = quantità di calore.
• λ = calore latente (per l’acqua la costante di calore latente per la fusione è pari a 333,5 chilo Joule per chilogrammo).
• m = massa.

Ovvero il calore Q sottratto al sistema è proporzionale alla quantità di sostanza m che ha cambiato fase, e continua fino a che tutta la sostanza non cambia fase.

Abbassamento dello zero termico e neve

Ma qual’è il livello della neve, come è possibile prevedere a quale altezza nevichi?

Normalmente ci si riferisce all'altezza dello zero termico (ovvero la quota a cui è presente l’isoterma corrispondente agli 0 gradi centigradi).

Se, ad esempio, lo zero termico è posto a 1500 metri di quota, nel caso dell’arrivo di una perturbazione la neve cadrà oltre i 1100-1200 metri (nevica circa 300-400 metri al di sotto del livello dello zero termico).

In condizioni di calma di vento, un’intensa precipitazione nevosa, con zero termico a 1500 metri di altezza, farà nevicare oltre i 1100 metri circa, al di sotto di questa altezza la neve diventa pioggia.

Ma il processo di scioglimento del fiocco di neve avviene assorbendo calore dall'esterno (in base al concetto di calore latente indicato in precedenza), quindi il tutto avviene a spese della temperatura dell’aria, che diminuisce per permettere ai fiocchi di potersi sciogliere. Il passaggio dell’acqua da cristallo di ghiaccio a forma liquida avviene infatti assorbendo calore dall'esterno, in questo caso dall'aria.

Lo si vede anche sciogliendo un cubetto di ghiaccio nell’acqua: sciogliendosi, il ghiaccio, sottrae calore al sistema (l’acqua in cui è immerso), a quel punto l’acqua si raffredda.

Come mostrato dal grafico sopra riportato, con precipitazioni consistenti, lo scioglimento dei fiocchi di neve (che si trasformano in gocce di pioggia) sottrae calore all'atmosfera abbassando il livello dello zero termico (e di conseguenza abbassando anche il limite delle nevicate).

Ne consegue che, facendo diminuire la temperatura dell’aria, il livello dello zero termico si abbassa, ed i fiocchi scenderanno dapprima a 1000 metri, poi a 900 metri, 800 metri, e via via sempre più in basso, fino, in molti casi, a raggiungere il livello del suolo, dove la precipitazione diventa nevosa per intero, senza più scioglimento dei fiocchi.

Più la precipitazione è intensa, maggiore sarà la quantità di calore (che è direttamente proporzionale alla massa dell’elemento che effettua la transizione di stato) che è necessario togliere all'aria per potere sciogliere i fiocchi, e quindi maggiore sarà l’abbassamento del livello della neve.

La Pianura Padana rappresenta un esempio di questo tipo, soprattutto il lato occidentale.