La settimana scorsa ha nevicato a Cambridge. Anche se durò solo poche ore prima di trasformarsi in nevischio, la vista degli sbuffi bianchi scintillanti che scendevano dal cielo era comunque bellissima. Questo fenomeno, però, non è solo pittoresco: osservalo abbastanza da vicino e vedrai qualcosa di scientificamente straordinario.
Da decenni i fiocchi di neve catturano l’interesse sia dei bambini piccoli che degli scienziati. Alla fine del XIX secolo, il meteorologo americano Wilson “Snowflake” Bentley pubblicò un’ampia raccolta di oltre 5000 foto di fiocchi di neve catturati su velluto nero, sottolineando che nessuno era mai uguale all’altro. Successivamente, Ukichiro Nakaya creò il diagramma di Nakaya, un diagramma che permette di prevedere la forma dei fiocchi di neve in base all’umidità e alla temperatura. Oggi l’esperto mondiale di fiocchi di neve è Kenneth G. Libbrecht, professore di fisica al Caltech, che vince anche il premio per l’attività secondaria più bella: ‘Snowflake Consultant’ sul set di Congelato.
“Mentre si forma, ogni fiocco di neve scrive un’intricata documentazione del suo viaggio attraverso l’atmosfera, che non si ripeterà mai”
Allora, cosa serve per creare un fiocco di neve? Nel suo libro Cristalli di neveLibbrecht spiega che ogni fiocco di neve inizia come una minuscola goccia d’acqua che si congela nel ghiaccio. A causa della struttura delle molecole d’acqua, queste si dispongono in cristalli di ghiaccio esagonali. Man mano che questo cristallo cresce, gli angoli sporgono, rendendoli più propensi ad attirare il vapore acqueo in entrata. Questi angoli crescono più velocemente delle facce piatte del cristallo, formando sporgenze che si estendono verso l’esterno in rami, definendo la forma del fiocco di neve a sei facce che ci è familiare.
È importante sottolineare che i fiocchi di neve crescono dal vapore acqueo gassoso e non dall’acqua liquida. Le molecole d’acqua nell’aria si diffondono sul cristallo di ghiaccio e si attaccano direttamente ad esso in un processo noto come deposizione. Poiché il gas si trasforma direttamente in un solido invece di formare prima goccioline liquide, i fiocchi di neve possono sviluppare dettagli precisi e delicati.
Questo processo spiega anche perché ogni fiocco di neve ha una forma unica. La velocità con cui il vapore acqueo si diffonde e si deposita sul ghiaccio è altamente sensibile a condizioni come temperatura e umidità. Durante la sua formazione, un fiocco di neve viene trascinato attraverso diverse regioni dell’aria. Ogni minimo cambiamento nel suo ambiente influenza il modo in cui cresce, e ogni differenza viene amplificata man mano che il fiocco di neve si ramifica ulteriormente. Nakaya una volta soprannominò i fiocchi di neve “lettere inviate dal cielo”, e avrebbe potuto intenderlo letteralmente; man mano che si forma, ogni fiocco di neve scrive un intricato resoconto del suo viaggio attraverso l’atmosfera, che non si ripeterà mai nello stesso modo.
“La ricerca attuale si concentra sullo sviluppo di modelli computerizzati per prevedere le proprietà dei fiocchi di neve e sulla coltivazione dei fiocchi di neve in laboratorio per verificare queste previsioni”
Esistono alcune regole comuni. Poiché la formazione dei fiocchi di neve è limitata dalla quantità di vapore acqueo nell’aria, le strutture diventano più complesse quando l’umidità è maggiore e sono più semplici nei luoghi più asciutti. La ricerca attuale si concentra sullo sviluppo di modelli computerizzati per prevedere le proprietà dei fiocchi di neve e sulla coltivazione dei fiocchi di neve in laboratorio per verificare queste previsioni.
Ma perché studiare i fiocchi di neve? Per cominciare, i fiocchi di neve offrono un caso di studio sui processi fisici che governano la formazione dei cristalli. Ciò ha applicazioni in altri campi della scienza e dell’ingegneria dei materiali. Può anche aiutarci a capire il tempo; i meteorologi hanno utilizzato la struttura dei fiocchi di neve per studiare i manti nevosi e comprendere potenziali situazioni di valanghe.
Ma lo stesso Libbrecht, nel suo libro Cristalli di neve, ammette che il suo lavoro sui fiocchi di neve non è guidato da alcuna applicazione pratica, definendolo “poco più che il (suo) hobby scientifico”. I finanziamenti per la ricerca sui fiocchi di neve sono scarsi, se non inesistenti, perché non vi è alcun ritorno immediato. Di conseguenza, “pochissime persone lo hanno studiato nel corso degli anni”, scrive.
Forse la scienza dei fiocchi di neve è l’esempio perfetto di ricerca sui cieli blu, guidata dalla curiosità nel senso più puro; un campo che ha affascinato scienziati e appassionati fin da bambini che prendevano la neve sulla lingua. Come per i display a cristalli liquidi e la risonanza magnetica, potrebbe essere necessaria una svolta molti anni dopo per scoprire il valore della ricerca sui fiocchi di neve. Fino ad allora, serve a ricordare la motivazione originaria della scienza: il desiderio umano di spiegare le cose belle. Quindi, la prossima volta che nevica, prendi in considerazione l’idea di prendere una lente d’ingrandimento e una copia del Guida pratica ai fiocchi di neve ed esplorandolo da solo.
