In agosto, abbiamo pubblicato una fotografia di alcune strane, rare nuvole note come Morning Glory clouds senza fornire una spiegazione su come si formano. In risposta all’interesse dei lettori, abbiamo seguito il meteorologo Roger Smith dell’Università di Monaco, che ha studiato la loro formazione.
“Nel corso degli anni abbiamo sviluppato una buona comprensione di loro”, ha detto Smith. “Non è più un mistero, ma è ancora molto spettacolare”.
Il fenomeno Morning Glory è il risultato della particolare configurazione della terra e del mare nella penisola di Cape York, in una zona remota dell’Australia. La penisola si assottiglia da circa 350 miglia di larghezza a 60 miglia mentre si estende a nord tra il Golfo di Carpentaria a ovest e il Mar dei Coralli a est. Gli alisei orientali spingono la brezza marina attraverso la penisola durante il giorno, che incontra la brezza marina dalla costa occidentale nella tarda serata. La collisione produce una perturbazione d’onda che si sposta verso l’interno, a sud-ovest, che è una parte fondamentale della formazione delle nuvole.
Quando l’aria umida del mare viene sollevata sulla cresta delle onde, si raffredda e la condensazione forma una nuvola. A volte c’è solo un’onda, ma Smith ne ha viste fino a 10 insieme in una serie.
“Se si guardano le nuvole, sembra che stiano rotolando all’indietro”, ha detto Smith. “Ma in realtà le nuvole si formano continuamente sul bordo d’attacco e si erodono continuamente sul bordo d’uscita.
Queste nuvole si verificano altrove, compresa Monaco, dove si formano circa una volta ogni dieci anni. Cape York è unica perché si verificano regolarmente in autunno sopra la piccola città di Burketown. E possono essere particolarmente impressionanti anche lì, crescendo fino a 600 miglia di lunghezza. I piloti volano nella zona ogni anno, sperando di vedere le intriganti nuvole.
Non molti scienziati le studiano, o in realtà qualsiasi nuvola strana, perché la loro stessa rarità le rende relativamente poco importanti per studiare le precipitazioni o il clima. Quindi, spesso, la loro formazione è poco compresa.
“È difficile ottenere finanziamenti per studiare qualcosa che ha un aspetto ordinato”, ha detto il fisico delle nuvole Patrick Chuang dell’Università della California, Santa Cruz.
Nelle pagine seguenti, abbiamo raccolto le foto di alcuni dei tipi di nuvole più strani e più belli e abbiamo chiesto agli scienziati di aiutarci a capire come si formano.
Immagini: Sopra: Ulliver/Wikimedia Commons. Sotto: Mick Petroff/APOD
Conosciute come nuvole mammatus, queste strane formazioni a marsupio si verificano spesso in associazione con un temporale. Sono state viste in molti luoghi, compreso il Midwest degli Stati Uniti.
“Sono nuvole dall’aspetto davvero strano”, ha detto il fisico delle nuvole Patrick Chuang.
Ma gli scienziati hanno alcune teorie sulle nuvole mammutus. Un altro fisico delle nuvole, Daniel Breed del National Center for Atmospheric Research, dice che il galleggiamento e la convezione dell’aria sono la chiave.
“Sono una specie di convezione al contrario”, ha detto Breed.
La convezione è come una bolla galleggiante, ha detto. Nelle nuvole mammutus, l’evaporazione causa sacche di galleggiamento negativo mentre raffredda l’aria all’interno della nuvola. Questo fa sì che le nuvole sbuffino verso il basso invece che verso l’alto come le nuvole cumulo, e finiscono per essere come delle bolle rovesciate.
La ragione per cui sono lisce è la struttura termica proprio sotto di loro. La velocità con cui la temperatura scende con l’aumentare dell’altezza, nota come “lapse rate”, deve essere vicina alla neutralità, ha detto. In altre parole, se si mette una piccola bolla d’aria calda in un punto particolare, non andrà su o giù per niente – nessun calore entra o esce. Questo è tipico della struttura termica dei temporali. Senza queste circostanze, si otterrebbero più comuni nuvole dall’aspetto irregolare o ciuffi nuvolosi che escono.
“Ovunque si abbiano temporali può certamente accadere”, ha detto Breed. “Non è necessario avere temporali, ma bisogna avere condizioni atmosferiche con un po’ di galleggiamento.”
Immagini: Sopra: Flickr/3d_king. Sotto: Flickr/turbojoe. 2) Flickr/coreburn. 3) Flickr/nebraskasc.
A volte paragonate agli UFO, le nuvole lenticolari sono solitamente create da onde gravitazionali. Chuang evoca ammortizzatori allentati per descrivere cosa sono le onde gravitazionali.
“Prendi la Cadillac di tua nonna e la guidi su un dosso, e dopo questo va su e giù per un po’”, ha detto. “Nel caso delle nuvole lenticolari, il dosso è di solito un qualche tipo di topografia, come una montagna, che ostacola il flusso dell’aria. Quando l’aria scende dal lato della montagna, tende a superare il limite e poi risale. Oscilla in questo modo per un po’, e sulla parte ascendente delle onde, le nuvole si formano quando l’aria che sale si raffredda.
“Le nuvole segnano la parte più alta dell’oscillazione”, ha detto Chuang.
Le nuvole lenticolari possono anche essere causate da altri dossi di velocità, come alti temporali, ma poiché spesso si formano sui lati sottovento delle montagne, sono anche conosciute come nuvole lee, nuvole d’onda o nuvole lee wave.
Una catena montuosa può formare una serie di nuvole a onda lunga, ma se lo speed bump è più isolato, come una singola montagna, il risultato possono essere nuvole di forma ovale che sembrano UFO. A volte si formano più ovali che sembrano una pila di piattini.
“Mi piacciono le nuvole a onda perché le vedo così spesso qui”, ha detto Breed di Boulder, Colorado, dove si trova l’NCAR. “Ho un sacco di preferiti, ma questo è quello che ho sul mio screen saver”. (Sotto).
Immagini: Sopra: Flickr/cardiffjackie. Sotto: 1) Daniel Breed. 2) Betsy Mason, Wired.com. 3) NCAR/UCAR.
Queste nuvole impazzite che sembrano una fila di onde che si infrangono sono note come onde Kelvin-Onde di Helmholz. Si formano quando due strati di aria o liquido di diversa densità si muovono l’uno accanto all’altro a velocità diverse, creando un taglio al confine.
“Potrebbe essere come olio e aceto”, ha detto Chuang. “Nell’oceano, la parte superiore è calda e il fondo è molto freddo. È come un sottile strato di olio su una grande pozza d’acqua”.
Quando questi due strati si muovono l’uno accanto all’altro, si forma un’instabilità Kelvin-Helmholz che è una specie di onda. Parti del confine si muovono verso l’alto e parti verso il basso. Poiché uno strato si muove più velocemente dell’altro, il taglio fa sì che le cime delle onde si muovano orizzontalmente, formando ciò che sembra un’onda oceanica che si infrange sulla spiaggia.
“È davvero come rompere le onde”, ha detto Chuang. “Un’onda si rompe quando l’acqua in cima si muove così tanto più velocemente dell’acqua sottostante che si accumula su se stessa.”
Immagini: Sopra: UCAR/NCAR. Sotto: 1) Mila Zincova/Wikimedia commons. 2) UCAR/NCAR
Questa spettacolare foto dell’eruzione del vulcano Sarychev nelle isole Curili, a nord-est del Giappone, il 12 giugno, mostra un interessante esempio di nube di pileo. Il pennacchio di cenere sembra avere un cappuccio bianco liscio su di esso mentre sfonda la copertura nuvolosa sopra.
Questo tipo di nube è causato da un forte movimento verso l’alto relativamente veloce. Le situazioni in cui questo si verifica includono teste di tuono in rapida crescita, eruzioni vulcaniche e persino esplosioni nucleari. In ogni caso, qualcosa spinge l’aria calda e umida verso l’alto rapidamente.
“Si possono vedere molto comunemente sopra le tempeste temporalesche, e questo perché l’aria si muove così rapidamente lassù che il flusso d’aria viene perturbato sopra di essa”, ha detto Breed. “E non appena si raffredda abbastanza da permettere la formazione di una nuvola, si ottengono questi tappi.”
Chuang dice che le pileus clouds sono simili ai tappi lisci che a volte si vedono in cima alle nuvole cumuliformi, che in realtà sono tappi di ghiaccio.
“Se si ha una convezione molto forte, che spinge velocemente e molto in alto, si forma più di una nuvola di ghiaccio perché è abbastanza alta da permettere ai cristalli di congelare”, ha detto Chuang. “Non c’è niente di più misterioso delle cose che si congelano.”
Immagine: NASA
Siamo venuti a conoscenza delle nuvole noctilucenti qui a Wired Science a luglio, quando le strane nuvole incandescenti hanno cominciato ad apparire sopra gli Stati Uniti e l’Europa, molto più a sud di quanto si vedesse normalmente.
Queste nuvole “lucenti di notte” sono formate da ghiaccio al confine tra l’atmosfera terrestre e lo spazio, a 50 miglia di altezza. Brillano perché sono così alte da rimanere illuminate dal sole anche dopo che questo è sceso sotto l’orizzonte. Non è chiaro perché queste nuvole siano migrate verso il basso dai poli, o perché ne stiano comparendo di più anche nelle regioni polari, e brillino più intensamente.
Nessuno lo sa con certezza, ma la maggior parte delle risposte sembrano indicare un cambiamento atmosferico globale causato dall’uomo.
Le nuvole si formano a temperature intorno ai meno 230 gradi Fahrenheit, quando la polvere che soffia dal basso o che cade nell’atmosfera dallo spazio fornisce superfici sulle quali il vapore acqueo si condensa e congela. In questo momento, durante l’estate dell’emisfero nord, l’atmosfera si sta riscaldando ed espandendo. Sul bordo esterno dell’atmosfera, questo significa in realtà che sta diventando più fredda perché è spinta più lontano nello spazio.
“La teoria prevalente e la spiegazione più plausibile è che l’accumulo di CO2, a 50 miglia sopra la superficie, causerebbe la diminuzione della temperatura”, ha detto James Russell, uno scienziato atmosferico presso la Hampton University e il ricercatore principale di una missione satellitare della NASA in corso per studiare le nuvole. Ha messo in guardia, tuttavia, che le osservazioni della temperatura rimangono inconcludenti.
Ma la verità potrebbe essere molto più complessa, e ci sono molte altre teorie su queste nuvole.
Immagini: Sopra: Mike Hollingshead, Instabilità estrema. Sotto: NCAR/UCAR
Le nuvole Morning Glory sono un tipo specifico e più insolito di nuvole rotolanti, che sono più comuni e di solito non così lunghe.
Le nuvole rotolanti si verificano tipicamente nella bassa atmosfera prima di un fronte temporalesco. Le correnti ascensionali calde nel fronte temporalesco spingono l’aria fredda verso l’alto, che poi scorre verso il basso lungo i lati della corrente ascensionale. Il downdraft freddo poi rimbalza un po’ verso l’alto creando una struttura simile a un’onda davanti alla tempesta.
Sulla risalita, l’aria fredda forma una nuvola. L’evaporazione della nuvola causa un downdraft sui bordi che erode la nuvola, formando un rotolo. Se l’onda continua, si può formare una serie di nuvole rotolanti, chiamata strada.
Immagine: Sopra: Flickr/jonnyr1. Sotto: Flickr/tlindenbaum.
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