Una nuvola tipica può contenere centinaia di tonnellate d’acqua

Un cumulo di bel tempo può contenere circa 500 tonnellate metriche di acqua liquida, se il suo volume è di circa 1 km³. La stima si ottiene moltiplicando circa 0.5 g di acqua liquida per metro cubo per l’intero volume della nuvola; la stima del peso delle nuvole dell’U.S. Geological Survey (si apre in una nuova scheda) usa questo tipo di calcolo.

A sentirlo, sembra una massa d’acqua pronta a cadere. Ma la stima conta l’acqua liquida dispersa in minuscole goccioline, non una pozza o una massa solida. Il resto del volume della nuvola è aria, e quest’aria contribuisce a mantenere le goccioline sospese.

Per prima cosa, calcoliamo il volume della nuvola

Le nuvole hanno cime irregolari e basi più piatte, e i loro contorni sfumano nel cielo sereno. Per fare una stima praticabile, immaginiamo un cumulo di bel tempo largo circa 1 km, profondo 1 km e alto 1 km. Approssimandolo a un cubo, otteniamo un volume di circa 1 km³, cioè 1 billion m³. La guida alle nuvole del National Weather Service (si apre in una nuova scheda) spiega come si formano le nuvole quando l’aria umida sale.

Questo modello semplifica le differenze all’interno della nuvola: alcune zone contengono più goccioline di altre, mentre i margini più deboli si confondono con l’aria circostante. Applicare un contenuto medio d’acqua all’intero volume rende gestibile il calcolo, senza affermare che ogni parte della nuvola abbia lo stesso aspetto o contenga la stessa quantità d’acqua.

È facile immaginare una distanza di 1 km confrontandola con un punto di riferimento. Il Burj Khalifa raggiunge gli 828 m (2,720 ft); se lo si affiancasse alla larghezza stimata della nuvola, non arriverebbe proprio da un lato all’altro. L’estensione orizzontale della nuvola è un’ampia zona sopra di noi, non una torre che si erge dal suolo.

Anche i luoghi naturali aiutano a farsi un’idea delle dimensioni. Big Daddy Dune raggiunge i 325 m (1,070 ft), circa 2.8 volte l’altezza di Hyperion, la sequoia alta 116 m (380 ft). Le loro sagome diverse rendono più facile confrontare l’estensione chilometrica della nuvola con altezze misurate dal suolo.

Moltiplicare il volume per l’acqua che contiene

Il modello assegna circa 0.5 g di acqua liquida (si apre in una nuova scheda) a ogni metro cubo. Moltiplichiamo questa quantità per il miliardo di m³ della nuvola: 0.5 g/m³ × 1,000,000,000 m³ = 500,000,000 g. Sono 500,000 kg, cioè circa 500 tonnellate metriche di acqua liquida.

Un altro modo per seguire il calcolo è immaginare la nuvola suddivisa in cubi, ciascuno con lati lunghi 1 m. Ogni cubo contiene appena mezzo grammo d’acqua, ma il modello comprende 1 billion di questi metri cubi. Una piccola quantità ripetuta in un volume enorme dà un totale elevato.

È lo stesso metodo di base usato nei consigli per le stime: si sceglie un volume, si stima quanto contiene ogni sua unità e poi si moltiplica. Il risultato è una stima della sola acqua liquida. Non comprende l’aria che occupa lo stesso spazio.

La nuvola contiene anche un’enorme quantità d’aria

Vicino al livello del mare, un metro cubo d’aria ha una massa di circa 1.2 kg (si apre in una nuova scheda). Nel modello, 1 billion di m³ conterrebbe quindi circa 1.2 billion kg d’aria, ovvero 1.2 million tonnellate metriche. È all’incirca 2,400 volte la massa stimata dell’acqua liquida.

Le goccioline sono mescolate all’aria, non la sostituiscono. Come spiega l’U.S. Geological Survey, l’aria umida può anche essere meno densa dell’aria più secca che la circonda. Il vapore acqueo è più leggero delle molecole di azoto e ossigeno che sposta, e anche le differenze di temperatura influiscono sulla tendenza dell’aria a salire o scendere.

Quindi la nuvola non è sostenuta da un guscio invisibile. È una zona dell’atmosfera in cui le goccioline d’acqua vengono trasportate dall’aria in movimento. La massa totale d’acqua può essere grande, mentre ogni parte della nuvola resta una nebbia sottile dispersa in un volume d’aria molto più ampio.

Perché centinaia di tonnellate d’acqua non cadono tutte insieme

Una tipica gocciolina di nuvola misura circa 20 micrometres across (si apre in una nuova scheda). Un capello umano è largo circa 70 µm, quindi ogni gocciolina è molto più piccola di un capello. La gravità trascina le goccioline verso il basso, ma le loro dimensioni minuscole fanno sì che la resistenza dell’aria ne rallenti la caduta; le correnti ascensionali e la turbolenza possono mantenerle in movimento insieme all’aria.

Le nuvole si formano quando l’aria umida sale e si raffredda, permettendo all’acqua di condensarsi in goccioline. Dove l’aria si muove o si asciuga, le goccioline evaporano e il margine visibile sfuma. La cima luminosa e ben definita di un cumulo e il suo bordo frastagliato sono indizi di aria e umidità in continuo cambiamento, non di un contorno fisso.

Quando le goccioline o le particelle di ghiaccio diventano abbastanza grandi, possono cadere sotto forma di pioggia o altre precipitazioni. Questo processo è diverso dal sollevamento di aerostati e mongolfiere, che dipende dalla spinta di galleggiamento all’interno di un involucro. Una nuvola non ha un involucro: le sue goccioline viaggiano con l’aria che le circonda.

Osserva un cumulo dal suolo: la sua cima bianca risalta contro il cielo azzurro, mentre il bordo frastagliato si assottiglia finché la nebbia scompare alla vista.