15b neve

Riccardo Rigon, Stefano Endrizzi, Matteo Dall’Amico

A. A

dam

s, S

torm

,

Neve: metamorfismi

Wednesday, May 30, 12

Metamorfismo della neve

•Assestamento gravitativo

•Metamorfismo distruttivo

•Metamorfismo costruttivo

•Metamorfismo di fusione

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Neve

R. Rigon, M. Dall’Amico


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Metamorfismo della neve

Il nome indica i cambiamenti della morfologia dei grani che hanno luogo in

seguito alle variazioni di temperatura e pressione ai quali sono soggetti dopo

la loro deposizione.

Il metamorfismo cambia:

• densità

• porosità

• albedo

• conducibilità termica

• coesione

Neve



Il metamorfismo avviene perchè:

•I grani hanno grande superficie relativamente al volume e tendono ad

una configurazione geometricamente piu’ stabile (la superficie sferica

e’ quella con energia minima)

•La temperatura si porta durante le stagioni a superare la temperatura di

fusione

•La pressione sugli strati di base porta a compattazione della neve (e

avvicina le condizioni di fusione)

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Neve



5

Il metamorfismo avviene perchè:

Si possono distinguere due categorie di metamorfismo

In presenza di acqua liquida:

- T = 0 (usualmente)

In assenza di acqua liquida:

- T < 0

- ghiaccio in equilibrio con il vapore

- determinato prevalentemente dal flusso di vapore

Neve



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Metamorfismo “secco”

E’ legato al movimento del vapore nei pori

Il movimento del vapore è legato al gradiente di pressione del vapore

Il gradiente di pressione è controllato da:

•Temperatura (in base a quanto già visto, la pressione di equilibrio

del vapore d’acqua dipende dalla temperatura, in accordo alla legge di

Clausius - Clapeyron)

•Raggio di curvatura locale dei cristalli di ghiaccio: la legge di

Clausius-Clapeyron deve essere modificata quando l’interfaccia aria -

ghiaccio sia curva. La pressione di equilibrio del vapore cresce al

crescere del raggio di curvatura)

Neve



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Metamorfismo “secco”

Metamorfismo distruttivo

Metamorfismo costruttivo

Due tipi

Avviene a temperatura costante ed è dovuto alla demolizione delle

cuspidi dei grani. Il processo è particolarmente intenso per la neve

appena caduta e porta anche ad incrementi della densità della neve

pari a più dell’ 1% all’ora. Si ferma quando la densità è dell’ordine di

0.25 g cm-3

Dipende dal gradiente di temperatura da punto a punto. Nei punti più

caldi avviene la sublimazione della neve. Il vapore poi si sposta in

accordo ai gradienti di pressione.

Neve



8


Riduce l’energia libera del sistema, al suo stato stabile

Questa energia dipende dal raggio di curvatura locale del cristallo di

ghiaccio

Neve



8




ghiaccio

a l t o r a g g i o d i

curvatura implica

maggiore pressione

di vapore

Neve



9




ghiaccio

R a g g i o d i

curvatura negativo

imp l i ca m inore

pressione di vapore

i n e q u i l i b r i o

termodinamic

Neve



10


Riduce l’energia libera del sistema al suo stato stabile

La differenza di pressione di vapore tra i due punti implica trasporto di

vapore (da “+” a “-”).

Si crea così vapore

in eccesso a l d i

sopra

d e l p u n t o “ - ” e

conseguente

condensazione.

+

-

La configurazione di

equilibrio ideale è una

sfera. La configurazione

d i e q u i l i b r i o r e a l e

dipende dall’interazione

del singolo cristallo con

l’ambiente circostante.

Neve



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L ’ e f f e t t o m a c r o s c o p i c o d e l

metamorfismo distruttivo è quello di:

- Ridurre il rapporto superficie/volume

dei cristalli e quindi incrementare la

densità della neve (riempiendo i pori)

- Incrementare la coesione tra i grani.

Neve



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“secco” ma dettato da gradienti di temperatura

Può essere molto efficace se il gradiente e’ almeno di 10 C/m e la densità

della neve e bassa (comunque minore di 350 kg/m3)

Costruisce grani sfaccettati, con legami reciproci deboli

Tende a far aumentare la densità

Neve



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Metamorfismo di fusioneo “wet”, bagnato

Avviene in presenza di acqua e quindi, in prossimità di T =0 C

Due sono i principali meccanismi:

•la fusione di superficie con successiva percolazione

•una accelerazione dei processi “secchi” e conduce alla formazioni di grani grandi e arrotondati.

Neve



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Il primo è causato dalla fusione alla superficie o dall'introduzione

di pioggia che congela all'interno del manto nevoso a temperatura

minore. Si può creare così uno strato di ghiaccio compatto interno

al manto nevoso che si estende anche per grandi distanze.

Il congelamento negli strati di neve causa anche la liberazione di

calore latente, che contribuisce alla formazione di vapore e

all'accelerazione del suo trasferimento

Neve



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Il secondo processo metamorfico

che accompagna processi di

fusione è il rapido scomparire

dei grani più piccoli e la

formazione di grani più grandi

che avviene in presenza di acqua

liquida.

Neve



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A causa di questo fenomeno, un

m a n t o n e v o s o c h e s i s t a

sciogliendo è formato da una

aggregazione di fiocchi delle

dimensioni di 1-2 millimetri di

diametro (Colbeck, 1978).

Neve



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Il bilancio di energia della neve

Avviene per:

• irraggiamento (trasferimento di energia mediato da onde elettromagnetiche)

• conduzione (trasferimento di calore per contatto tra le molecole)

• convezione (sublimazione e trasporto di calore dovuto alla turbolenza

atmosferica)

• avvezione (a causa di trasferimento di materia: precipitazione, vapore, acqua

di fusione)

Neve



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Fattori che contribuiscono allo scambio energetico

• Il vento (è la manifestazione della turbolenza atmosferica che controlla il

traferimento di calore sensibile e latente in superficie)

• La presenza di vapore d’acqua (i gradienti controllano il trasferimento di

calore sensibile)

• L’ammontare della radiazione (su tutto lo spettro)

• La pioggia il cui contenuto energetico altera lo stato della neve

Neve



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Il bilancio energetico della neve in superficie

Don

Cli

ne,

19

99

, Jord

an, 1

99

1

R# sw

R# lw

R" sw

R" lw

Pe

�s EvH

�U⇤

G

Energy Budget



20

�U⇤ = Rn lw + Rn sw �H � �s Ev + G + Pe

Rn lw := R# lw �R" lw Rn sw := R# sw �R" sw

R# sw

R# lw

R" sw

R" lw

Pe

�s EvH

�U⇤

G

Il bilancio energetico della neve in superficie

Energy Budget



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Firma spettrale della neve

Energy Budget



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Albedo

Energy Budget



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Il bilancio radiativo della neve

SNOW, T = 0oC

CLEAR DRY AIR, T = 0oC

Net Energy LossFrom Snow Pack No Net Energy Loss

From Snow Pack

✏a ⇡ 0.6� 0.7✏w,i,⇤ ⇡ 0.92� 0.97

R = ✏ � T 4

Energy Budget



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Il bilancio radiativo della neve

Energy Budget



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Il bilancio energetico della neve

Flussi turbolenti

Nei giorni piovosi e nuvolosi dominano gli scambi di calore sensibile e di

calore latente.

Questi sono comunque sempre importanti, in quanto l’elevato albedo della

neve, non consente grandi immagazzinamenti di energia radiativa, se non

durante i mesi estivi.

In generale uno scioglimento massiccio della neve richiede sempre che gli

scambi di energia “turbolenta” siano piuttosto intensi.

Energy Budget



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Il bilancio energetico della neveFlussi turbolenti

La presenza di stabilità atmosferica diminuisce la turbolenza e quindi il trasporto

turbolento. Viceversa la presenza di turbolenza lo incrementa.

Aerodynamic roughness length

INSTABILITYln(z-d0)

STABILITY

q-qs

Energy Budget



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La teoria che descrive questo processo è conosciuta col nome degli autori, Monin-

Obukhov (1954)

Energy Budget



28



Obukhov

Energy Budget



29



Obukhov

Energy Budget



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Ma l’atmosfera sopra la neve

ha una struttura complicata

Mott

et

al.,

AW

R 2

01

2Energy Budget



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Sulla neve si generano facilmente condizioni di stabilità atmosferica: è una

retroazione del fatto che l’albedo della neve è alto.

Quindi, spesso la stessa condizione che rende minimo l’immagazzinamento

radiativo, rende anche minimi gli scambi di energia turbolenta.

Energy Budget



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Tuttavia, poichè la neve non copre uniformente il paesaggio, e la vegetazione

costituisce un elemento che assorbe ed emette energia con grande efficienza, si

hanno elementi del paesaggio in cui la neve comincia a sciogliersi in modi più

marcato.

Energy Budget



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FoehnIl bilancio energetico della neve in superficie

Stagione di accumulo - Passo del Tonale

Energy Budget simulations

R. Rigon, S. Endrizzi


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Il bilancio energetico della neve in superficieStagione di accumulo passo del Tonale

SW tende a zero quando c’e’ il cielo nuvoloso




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Calore latente e sensibile:• hanno incrementi quando il vento

è alto. • aumentano e diminuiscono in

controfase salvo che• aumentano entrambi quando

piove o l’atmosfera è umida

Stagione di accumulo passo del Tonale




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Il bilancio energetico della neveStagione di fusione, passo del Tonale by day

• Lo scioglimento è

forzato soprattutto

dalla radiazione ad

onde corte

• la radiazione ad onde

lunghe rappresenta

una perdita.

• Il calore latente una

perdita (la neve

sublima)




37

Il bilancio energetico della neveStagione di fusione, passo del Tonale by day

• I l vento d i bassa

i n t e n s i t à n o n

consente trasferimenti

di energia efficienti




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• Durante la notte la perdita di energia radiativa non è mai compensata dal guadagno per energia turbolenta

Stagione di fusione, passo del Tonale, by night




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Il bilancio energetico della neveStagione di fusione, passo del Tonale, by night

• La fusione della neve più grande si ha quando grande trasporto turbolento di calore (Kuusisto, 1983; Cline, 1997)




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Le condizioni di stabilità atmosferica giocano un ruolo

determinante.

0

500.0000

1000.0000

1500.0000

2000.0000

35527 35536 35545 35554 35563 35572

snow

dep

th (m

m)

stability corrections consideredstability corrections disregardedfield data




Grazie per l’attenzione

G.U

lric

i, 2

00

0 ?

41

Epilogo



42

Tabella dei simboli



15b neve

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