Il materiale neve
Calda e fredda, dura e soffice, bianca e nera: la neve è un materiale contraddittorio. Essendo soggetta a una costante trasformazione, anche le sue caratteristiche variano di conseguenza molto velocemente. Per comprendere meglio questi complicati processi, la nostra ricerca inizia dall’infinitesimamente piccolo, cioè dalla microstruttura della neve.
La neve si forma quando le goccioline sopraffuse presenti nelle nubi ghiacciano e il vapore acqueo brina attorno questi germi cristallini passando dallo stato gassoso a quello solido formando cristalli di ghiaccio. A seconda delle condizioni ambientali, i cristalli possono essere a forma di ago o di stella. Anche se tutte le forme hanno in comune la struttura esagonale, ogni singolo cristallo di neve è unico e diverso dagli altri. Con il suo diametro di appena un millimetro, un singolo cristallo di neve contiene circa 100 trilioni di molecole d’acqua: la probabilità che due cristalli abbiamo una struttura identica, cioè che tutte le molecole si trovino esattamente nella stessa posizione, è quindi estremamente bassa.
Quando durante la nevicata i cristalli cadono al suolo, si forma un materiale molto complesso. Inizialmente la neve è per lo più soffice e debolmente coesa, ma dopo un po’ i cristalli di ghiaccio crescono e si uniscono nei loro punti di contatto, cioè sinterizzano. Durante questa fase formano una struttura porosa continua, simile a quella di una spugna di ghiaccio. Nemmeno quest’ultima rimane tuttavia invariata a lungo. Dal momento che la neve si trova molto vicina alla sua temperatura di fusione (dal punto di vista fisico si tratta di un materiale “caldo”), è soggetta a una costante trasformazione, denominata metamorfosi.
Insieme alla struttura si trasformano costantemente anche le proprietà del materiale neve, ad es. la densità. Mentre un metro cubo di neve fresca contiene ancora tanta aria da pesare appena 50-100 chilogrammi, un metro cubo di neve vecchia sinterizzata può arrivare a pesarne anche 400.
Microstruttura: la chiave per capire la neve
Nello spettro di luce visibile dall’occhio umano, la neve appare perfettamente bianca perché diffonde nello stesso modo tutte le lunghezze d’onda. La radiazione termica viene invece quasi completamente assorbita dalla neve: dal punto di vista fisico si tratta quindi di un corpo nero.
Per poter comprendere le proprietà della neve, dobbiamo partire dalla sua microstruttura. Le sue caratteristiche fisiche come resistenza o conducibilità termica dipendono dalla struttura del reticolo spugnoso formato dai cristalli di ghiaccio. Questa struttura tridimensionale viene analizzata nel nostro laboratorio del freddo utilizzando il metodo della tomografia computerizzata. In natura i vari fattori che influiscono simultaneamente sulla neve possono essere separati solo raramente. Per contro, in laboratorio siamo in grado di analizzare uno ad uno i singoli aspetti, in modo da comprendere meglio le varie fasi del metamorfismo della neve in funzione dei vari fattori d’influenza. Nel quadro dei nostri esperimenti determiniamo le proprietà meccaniche e ottiche dei vari tipi di neve. La neve che ci occorre per questi esperimenti viene raccolta in natura oppure creata con l’aiuto della nostra macchina della neve, uno strumento in grado di produrre una neve fresca identica a quella naturale.