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La nebbia

L'aria calda può contenere una quantità di vapore maggiore che non l'aria fredda. Quando l'aria calda e umida si raffredda, a un certo valore della temperatura si verifica un fenomeno, per cui quel volume d'aria non può più contenere quella quantità di vapore d'acqua. Tutta l'umidità in eccesso si condensa allora in minuscole particelle d'acqua, dette nuclei di condensazione, che restano sospese nell'aria a formare le gocce di acqua. Il valore della temperatura in corrispondenza del quale si ha questo fenomeno è detto punto di rugiada. L'ammasso visibile di goccioline sospese nell'aria dà origine alle nuvole quando si forma ad altezze considerevoli dell'atmosfera, e alla nebbia quando invece si forma a livello del suolo.
La nebbia non può formarsi se l'aria a contatto con il terreno o con il mare non si raffredda. Due tipi di raffreddamento distinguono i due tipi principali di nebbia: Quello per convezione e quello per irraggiamento. Nel primo caso l'aria si sposta da una superficie calda verso una più fredda, e in questo spostamento si raffredda. Nel secondo caso invece la massa d'aria deve essere praticamente ferma prima che si formi la nebbia per irraggiamento. L'aria umida viene intrappolata vicino al suolo, e i suoi strati inferiori si raffreddano insieme con il terreno. La maggior parte delle nebbie marine sono del tipo convettivo, mentre le nebbie che si formano nel corso di notti fredde sulla terraferma sono dovute per lo più a fenomeni di irraggiamento.

Nebbie marine

Le vere nebbie marine si formano quando una massa d'aria calda e umida, dopo che è passata sopra una regione di mare piuttosto caldo, si trova improvvisamente sopra una corrente oceanica fredda. L'aria si raffredda di colpo, e l'umidità in eccesso si condensa su piccolissimi cristalli di sali sospesi nell'atmosfera. Le coste della California sono note per le loro nebbie marine estive. In queste zone il mare riscalda masse d'aria che vengono poi in contatto con la fredda corrente proveniente dalla California. Si forma così la nebbia, che si sposta poi in direzione delle coste.
Se l'aria marina si riversa su coste fredde, accadde lo stesso fenomeno. L'aria viene raffreddata di colpo dal basso, e il suo eccesso d'umidità si condensa. Tuttavia la nebbia può fermarsi sulla terra solo in mancanza di venti. Quando questi si alzano, la nebbia si disperde. Irregolarità della superficie terrestre possono interrompere un calmo flusso d'aria. Ne risulta un moto turbolento, nel quale l'aria umida intrappolata si mescola con masse d'aria più calde sovrastanti. La nebbia viene così sollevata da suolo e si disperde.
Un tipo di nebbia simile è chiamata nebbia tropicale. E' il tipo di nebbia più facilmente incontrabile sui mari aperti. Il meccanismo di formazione consiste in un graduale raffreddamento di masse d'aria che si spostano dai tropici verso latitudini più fredde. Ciò può verificarsi sia sulla terra sia sul mare, grazie alla sua superficie più piatta, e quindi meno in grado di provocare turbolenze, anche in presenza di venti abbastanza forti.

Nebbie da irraggiamento

La terra si raffredda più rapidamente del mare, in quanto emette il suo calore verso l'esterno per irraggiamento. In una notte invernale, quando non ci siano strati di nuvole che fungano da isolante, il calore irraggiato se ne va. Di conseguenza la terra si raffredda più rapidamente, e insieme raffredda gli strati d'aria al di sopra di essa. Strati d'aria freddi e carichi d'umidità vengono intrappolati da strati d'aria più caldi sovrastanti (è noto che l'aria sale solo al di sopra si strati più freddi di quanto non sia essa stessa). Se l'aria vicino alla terra è satura di vapore d'acqua, anche questo viene intrappolato, e si forma così la nebbia. Una brezza può liberare l'aria intrappolata mescolandola con gli strati più caldi sovrastanti.

Formazione delle goccioline d'acqua

Talvolta, nonostante l'assenza di vento, la bassa temperatura del suolo e la presenza di umidità nell'aria, la nebbia non si forma. Il fattore addizionale che in questi casi manca è un numero sufficiente di nuclei di condensazione, rappresentati da particelle di sale, di sporcizia o di fumo. In assenza di queste particelle l'umidità deve restare necessariamente allo stato di vapore.
Il vapore d'acqua è composto di singole molecole d'acqua, straordinariamente piccole. Le gocce d'acqua sono diverse volte più grandi. Per la loro formazione non basta semplicemente che un vasto numero di molecole si riuniscano: occorre anche una particella più grossa, che funga da nucleo di condensazione.
Al di sopra del livello del mare solitamente c'è abbondanza di particelle di sale, e quindi di nuclei di condensazione. Anche al di sopra delle zone industriali la concentrazione nell'aria di particelle di fumo e di sporco è molto alta, ed è per questo che la nebbia si forma così facilmente in queste zone. Col freddo di certe notti il fumo viene intrappolato insieme con il vapore in prossimità del suolo.
La miscela che ne risulta, composta da nebbia condensata su particelle di fumo, è in tutto il mondo nota sotto il nome di smog, termine che risulta dalla fusione delle due parole inglesi smoke che significa fumo, e fog, che significa nebbia.

Nebbia di montagna

Nebbia e nuvole sono entrambe acqua condensata. Le nebbie di montagna sono di solito nuvole discese verso il basso che avvolgono le cime delle montagne. Altrimenti possono formarsi sul versate che guarda il mare più vicino. L'aria umida e calda che soffia dal mare è costretta, incontrando le montagne, a salire, e nel fare ciò si raffredda. Inoltre nel salire l'aria si espande per la diminuzione della pressione, e ciò provoca un ulteriore raffreddamento. A un certo punto parte dell'umidità che contiene si condensa e forma la nebbia.

Nebbia da vapori

Una massa d'acqua tiepida, esposta all'aria in un giorno freddo, darà origine a vapore che si condensa in nebbia. Lo stesso fenomeno si verifica quando masse d'aria fredda si muovono al di sopra di tratti di mare caldo. Il mare "fuma", cioè emette vapore.
Perché il vapore si stacca dall'acqua tiepida, se deve condensarsi non appena raggiunge l'aria?
la sua tensione di vapore, che è derivata dall'energia termica posseduta dalle sue molecole, lo spinge fuori dall'acqua con una forza maggiore di quella esercitata dalle molecole più fredde, e quindi energetiche, presenti nell'aria, che tenderebbero ad andare nell'acqua.
Alla fine, si riscontra una prevalenza delle molecole che si liberano dall'acqua.

Inversione di temperatura

Legata con la nebbia c'è sempre un'inversione di temperatura. La temperatura dell'atmosfera nelle regioni più basse diminuisce con la quota.
Questo andamento viene alterato quando si ha movimento d'aria al di sopra di tratti di mare più freddi, e la massa d'aria viene raffreddata da basso, oppure quando si ha il raffreddamento del terreno. In questi casi la temperatura sale progressivamente con l'altezza. Si arriva però a un punto in cui la temperatura non aumenta più, anzi diminuisce (Inversione della temperatura). L'aria al di sotto non può più salire ed è intrappolata. Sotto il punto di inversione si ha sempre formazione di nebbia.

Saturazione e temperatura

La percentuale di umidità che l'aria può contenere dipende dalla temperatura dell'aria. Quando l'aria è alla sua massima capacità di vapore acqueo, è chiamata satura. Quanto più fredda è l'aria, tanto minore è la quantità di vapore che può contenere senza arrivare alla saturazione. Una massa di aria calda e umida, al di sotto del punto di saturazione, diventa satura all'abbassarsi della sua temperatura.
La temperatura alla quale si ha la saturazione è detta punto di rugiada.

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