PowderPeople | Ricercatore neve SLF Jürg Trachsel

Un sistema frontale spinge aria umida da nord-ovest verso le Alpi. Le molecole d'acqua che un tempo nuotavano nell'Atlantico vengono trasportate vorticosamente, insieme a polveri sottili, pollini e altre piccole particelle che vengono trasportate verso l'alto dal vento e dalla turbolenza.

L'aria che scorre verso di noi colpisce il bordo delle Alpi e deve muoversi verso l'alto, raffreddandosi nel processo. Questo fa sì che l'umidità relativa aumenti fino al punto di saturazione. Le singole molecole d'acqua iniziano a congelare sulle particelle di polvere esistenti e gradualmente formano una grande nuvola grigia di AllertaPowder.

Le particelle di ghiaccio non sono disposte in modo casuale, ma formano un reticolo regolare. A pressione normale, questo reticolo ha una struttura esagonale. Nel composto, gli atomi di una molecola d'acqua reagiscono alla carica degli atomi delle molecole vicine e si dispongono nel modo energeticamente più favorevole possibile. Sei molecole d'acqua formano così un piccolo prisma esagonale, il mattone di base di ogni fiocco di neve.

Viste le condizioni della nube (supersaturazione), le molecole che ancora volano liberamente tendono a unirsi ai mini-cristalli esagonali. Ciò significa che il prisma esagonale di base sviluppa gradualmente bracci dagli angoli (crescita dendritica), che a loro volta possono sviluppare rami. A seconda della temperatura e dell'umidità, si formano le classiche stelle dei fiocchi di neve del libro illustrato o altre strutture esagonali, come piccole piastrine o aghi.

La proverbiale e reale unicità dei fiocchi di neve deriva da minime differenze nelle condizioni ambientali della nube e dalle grandi fluttuazioni di temperatura, pressione e umidità che un cristallo attraversa nel suo percorso. Anche i più piccoli cambiamenti danno luogo a cristalli di forma diversa e ogni fiocco prende una strada diversa attraverso la nube - la turbolenza fa sì che i singoli fiocchi risalgano e li guida attraverso diversi strati d'aria.

La neve come oggetto di ricerca

Molte domande sulla formazione dei fiocchi di neve e sulla fisica della neve hanno già trovato risposta negli ultimi decenni. Tuttavia, non tutto è stato chiarito. Oggi l'attenzione si concentra su proprietà specifiche del materiale, come la meccanica della frattura e del flusso, che giocano un ruolo importante nella previsione delle valanghe, ad esempio, o sui processi di scambio tra il manto nevoso e l'atmosfera, rilevanti nella ricerca sul clima.

L'invasatura del campione di neve con la sostanza chimica dietilftalato sul campo è un modo per proteggere tali strutture durante il trasporto. Questo riempie le cavità tra i cristalli di neve e li sostiene. La sostanza chimica si indurisce e quando il ghiaccio evapora in laboratorio, rimane un'immagine negativa della struttura, che può essere analizzata ulteriormente. Tuttavia, questo metodo è adatto solo per analizzare la struttura fisica della neve. Quando si devono analizzare sostanze chimiche, è necessario evitare qualsiasi contaminazione esterna.

Anche il trasporto dei campioni è una sfida per Jürg Trachsel. Egli effettua alcune delle sue misurazioni ed esperimenti presso il sito di misurazione dell'SLF sul Weissfluhjoch (2550 metri sul livello del mare). Il grande vantaggio è che è dotato di un gran numero di sensori. I dati sulle condizioni meteorologiche, sul bilancio delle radiazioni, sulle temperature superficiali e al suolo sono quindi a disposizione sua e di altri ricercatori senza doverli raccogliere individualmente.

Jürg registra ogni mese l'intero profilo della neve sul campo di misura, che nel suo caso è un po' più complesso di un "profilo dello sciatore". Vestito con una tuta protettiva bianca, riempie ogni strato di neve singolarmente in un tubo di plastica. Le provette sono sigillate ermeticamente e devono essere inviate al PSI di Villigen AG, una località distante, il prima possibile e senza sciogliersi. A questo scopo, vengono accuratamente imballati con elementi di raffreddamento e diversi strati di isolamento. La cassa viene poi portata a valle con gli sci. E, grazie all'eccellente sistema di trasporto pubblico, si arriva al PSI in treno.

La polvere del laboratorio

La neve naturale non è però adatta a tutti gli esperimenti! Soprattutto nella ricerca di base, può essere vantaggioso avere come materiale di partenza una neve il più possibile definita e uniforme. Non tutta la neve per gli esperimenti di Jürg in laboratorio proviene quindi da nubi di neve selvaggia del nord. Alcuni campioni provengono da una "nuvola" artificiale regolabile con precisione che vive permanentemente in uno dei laboratori freddi dell'SLF, il cosiddetto SnowMaker. Nella camera climatica a temperatura controllata che ospita lo SnowMaker ci sono -24°C sia in estate che in inverno. Al posto del camice da laboratorio, Jürg indossa una spessa tuta da spedizione in piuma d'oca.

La prima cosa che salta all'occhio dietro la pesante porta isolata sono le scatole di polistirolo bianco contenenti campioni di neve provenienti da tutto il mondo. Il resto della stanza è occupato dallo SnowMaker. La nuvola artificiale ronza al freddo e sembra più un armadio ingombrante che una nuvola. Il concetto è stato originariamente ideato da un ricercatore giapponese sulla neve negli anni Settanta. Il ricercatore sulla neve dell'SLF Martin Schneebeli ha poi ottimizzato la nuvola artificiale nel corso degli anni. Il principio di base è sempre lo stesso: l'aria fredda scorre sull'acqua calda e nel frattempo si sovrasatura.

Come l'aria polare, che si arricchisce di umidità passando sopra l'Atlantico settentrionale, relativamente più caldo, anche l'aria del soffiatore SnowMaker assorbe umidità passando sopra un bacino di acqua calda: l'acqua viene riscaldata a una temperatura di circa 30°C e l'aria aspirata dal soffiatore ha la stessa temperatura dell'aria ambiente nel laboratorio freddo, cioè -24°C. La forte differenza di temperatura favorisce il processo di evaporazione.

La neve in laboratorio aiuta a capire la natura

Il campione appena prodotto viene posto in una camera climatica più piccola. Insieme ai campioni provenienti dal campo di misura, viene esposto a un gradiente di temperatura. Ciò significa che la temperatura al di sotto del campione è di alcuni gradi superiore a quella della superficie. Esattamente le stesse condizioni si trovano anche in natura: mentre il terreno sotto il manto nevoso è costantemente a zero gradi per tutto l'inverno, la superficie è più fredda a causa del tempo. Questa differenza di temperatura fa sì che i cristalli di neve si trasformino e cambino completamente forma senza sciogliersi. Questa ricristallizzazione non solo può portare a strati deboli che possono essere problematici per gli sciatori, ma influenza anche la distribuzione delle impurità contenute nella neve - il campo di ricerca di Jürg. Alcune sostanze vengono trasportate in superficie, altre rimangono saldamente intrappolate nei cristalli di neve. Con gli esperimenti in laboratorio, è possibile verificare le osservazioni della natura e studiare in dettaglio i singoli processi.

Polvere artificiale anche per sciare?

L'entusiasmo di Jürg per la neve è evidente anche al di fuori del lavoro: nel tempo libero, lo si può trovare sulla neve altrettanto spesso, sia privatamente durante i tour di sci, sia come leader del JO Brugg o semplicemente in pista. Naturalmente, la sua affinità con l'"oro bianco" gioca un ruolo importante nella scelta del lavoro e lavorare all'SLF, dove quasi tutto ruota intorno alla neve, è doppiamente eccitante se si ama stare sulla neve in prima persona.

Quando gli si chiede se un giorno sarà possibile produrre neve polverosa per le piste, Jürg lo respinge. La capacità è troppo ridotta e il consumo energetico della nuvola artificiale è troppo elevato. Ma in realtà ne è molto contento: La natura non è così facile da ingannare! Per lui è ancora più importante che tutti noi continuiamo a lavorare per proteggere il nostro ambiente. Perché solo se nei prossimi decenni farà abbastanza freddo, la nube del disgelo settentrionale potrà portarci non solo pioggia, ma anche vera polvere.