Bambini curiosi: come fanno le nuvole a rimanere nel cielo?

La conversazione chiede ai bambini di inviare domande a cui vorrebbero che un esperto rispondesse. Samson da Londra vuole sapere come le nuvole rimangono nel cielo. Un esperto in scienze atmosferiche spiega.

Grazie per la domanda, Sansone. Che ci crediate o no, una volta ho pesato una nuvola e non molte persone possono dire di averlo fatto! I miei amici scienziati ed io volammo in cielo su un dirigibile gigante, e siamo andati fino in fondo attraverso una soffice nuvola bianca. In realtà, era molto bagnato lassù, perché le nuvole sono costituite da miliardi di minuscole gocce d’acqua.

Mentre volavamo attraverso la nuvola, abbiamo usato laser e altri speciali dispositivi scientifici per misurare quanto era grande la nuvola e contare quante minuscole gocce d’acqua erano in essa. Poi, abbiamo fatto alcuni calcoli e abbiamo scoperto che questa nuvola – che era in realtà piuttosto piccola, per una nuvola-pesava quattro tonnellate. Questo è lo stesso di due elefanti! Quindi, hai ragione a chiederti come una cosa così pesante possa rimanere in cielo.

Ci sono tre pezzi di questo puzzle, e il primo è la gravità. Come ogni cosa su questo pianeta, le minuscole goccioline che compongono una nuvola sono attirate verso la Terra dalla gravità. Ma queste goccioline sono così piccole che è difficile per loro spingere oltre tutta l’aria sotto di loro. Ciò significa che non cadono molto velocemente a tutti – in realtà, solo circa un centimetro al secondo. E qualsiasi vento che soffia verso l’alto può portare le goccioline indietro.

Per adattarsi al secondo pezzo del puzzle, avremo bisogno di imparare un po ‘ di chimica adeguata; non troppo, però, quanto basta per la nostra storia. Permettetemi di presentarvi la tavola periodica: una mappa di tutti gli elementi che noi umani conosciamo. Gli elementi sono gli elementi costitutivi di tutte le cose, proprio come i pezzi più piccoli di Lego, che usi per costruire oggetti più grandi e complessi.

La tavola periodica è organizzata in modo che l’elemento più leggero di ogni riga sia sempre a sinistra. L’idrogeno è il più leggero di tutti gli elementi, quindi lo troverai in alto a sinistra. Mentre ti muovi lungo ogni riga da sinistra a destra, gli elementi diventano sempre più pesanti.

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L’aria secca è composta principalmente da due gas, azoto e ossigeno, oltre a un po ‘ di argon e piccole quantità di altri gas. Per ora, possiamo concentrarci solo su azoto e ossigeno. Come puoi vedere sulla tavola periodica, il peso di un singolo atomo di azoto è 14, mentre l’ossigeno pesa quasi 16.

Ma né l’azoto né gli atomi di ossigeno amano essere soli, quindi vanno quasi sempre in coppia – due atomi in una molecola, come due piselli in un baccello. Per questo motivo, una molecola di azoto di solito pesa 28 e una molecola di ossigeno pesa 32.

Non appena aggiungiamo acqua (H₂O) all’aria, le cose si fanno interessanti. Una molecola d’acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Ricordate come l’idrogeno è l’elemento più leggero? Beh, una singola molecola d’acqua pesa solo 18. Quindi è in realtà più leggero di una molecola di azoto o ossigeno. Ecco perché l’aria umida è più leggera dell’aria secca.

Il prossimo pezzo del puzzle è la temperatura. Di norma, l’aria calda sale, mentre l’aria fredda affonda. Quando l’acqua nell’aria è più calda, è più probabile che sia un gas. Quando è più fresco, preferisce assumere una forma liquida, come gocce di nuvole, pioggia, grandine o neve.

Quando l’aria calda e umida sale, diventa sempre più fresca. E mentre si raffredda, si formano più piccole gocce d’acqua. Ci si potrebbe aspettare le gocce d’acqua solo per cadere come pioggia, ma invece, qualcosa di divertente accade. Sai come il sudore raffredda la nostra pelle quando si asciuga e cambia da liquido a gas? Bene, quando il gas si trasforma in liquido, accade l’esatto contrario: in realtà emette calore.

Ciò significa che le goccioline di nuvole sono ora circondate da una piccola coltre di aria calda. E cosa fa l’aria calda? Sorge! Non molto lontano, però, perché l’aria si raffredderà di nuovo mentre sale.

Ora il nostro puzzle è completo: le nuvole sono costituite da minuscole gocce d’acqua, che sono difficilmente influenzate dalla gravità, incorporate nell’aria umida, che è più leggera dell’aria secca. E sono circondati da piccole coperte d’aria calda, che li sollevano verso il cielo. È così che le nuvole che pesano miliardi di tonnellate possono rimanere a galla nel cielo.

Ciao, ragazzi curiosi! Se hai una domanda a cui vuoi rispondere da un esperto, chiedi a un adulto di inviarla [email protected]. Assicurati che includano il tuo nome, età (e, se vuoi, in quale città vivi). Tutte le domande sono benvenute: serie, strane o stravaganti!

Jim McQuaid, professore associato di Composizione atmosferica, Università di Leeds. Questo articolo è stato originariamente pubblicato sulla conversazione. Leggi l’articolo originale.
Immagine 1: windy_sydney / Flickr, CC BY-NC